Wetenschap
De geschiedenis van de jonge koudevallen van de asteroïde Ceres
Ceres, de grootste asteroïde in ons zonnestelsel, herbergt een duister geheim:extreem jonge ijsafzettingen in permanent beschaduwde kraters nabij de polen. Als dat vaag bekend in de oren klinkt, komt dat doordat onze maan en planeet Mercurius ook zulke poolijsafzettingen hebben, die al tientallen jaren worden bestudeerd.
“Voor Ceres begon het verhaal in 2016, toen het Dawn-ruimtevaartuig, dat destijds rond Ceres draaide, een glimp opvangde van deze permanent donkere kraters en in sommige ervan heldere ijsafzettingen zag”, zegt Norbert Schorghofer, hoofdauteur van “History of Ceres' Cold Traps Based on Refined Shape Models", dat verschijnt in The Planetary Science Journal . PSI-wetenschappers Robert Gaskell en John Weirich, en NASA Goddard Space Flight Center-wetenschapper Erwan Mazarico, zijn co-auteurs van het artikel.
"De ontdekking uit 2016 leverde een raadsel op:veel kraters in de poolgebieden van Ceres blijven het hele jaar door overschaduwd - wat op Ceres 4,6 aardse jaren duurt - en blijven daarom ijskoud, maar slechts een paar ervan herbergen ijsafzettingen, " zei Schorghofer. . Al snel leverde een andere ontdekking een aanwijzing op waarom:de rotatie-as van Ceres oscilleert elke 24.000 jaar heen en weer als gevolg van de getijden van de zon en Jupiter. Als de as hoog staat en de seizoenen sterk zijn, blijven er het hele jaar door slechts een paar kraters in de schaduw. , en dit zijn de kraters die heldere ijsafzettingen bevatten."
Om te bepalen hoe groot de schaduwen duizenden jaren geleden in kraters waren, construeren wetenschappers digitale hoogtekaarten en voeren ze vervolgens ray-tracing-berekeningen uit om theoretisch de schaduwen op de kratervloeren te reconstrueren. De resultaten zijn slechts zo betrouwbaar als de digitale vormmodellen waarop ze zijn gebaseerd. Houd er rekening mee dat de vloeren van deze kraters altijd in de schaduw liggen, dus het is niet eenvoudig om te meten hoe diep ze zijn.
Het Dawn-ruimtevaartuig had een zeer gevoelige camera, die kenmerken op de schaduwrijke kratervloeren kon onderscheiden. Stereobeelden van zonovergoten gebieden worden vaak gebruikt om digitale hoogtekaarten van zonovergoten gebieden te construeren, maar het maken van een hoogtekaart van schaduwrijk terrein is een uitdaging die zelden is aangegaan. Als onderdeel van het nieuwe onderzoek ontwikkelde PSI-wetenschapper Robert Gaskell een nieuwe techniek om hoogten te reconstrueren, zelfs in de schaduwrijke delen van een stereopaar beelden. Deze verbeterde hoogtekaarten kunnen vervolgens worden gebruikt voor ray-tracing om de omvang van koude, permanent beschaduwde gebieden te voorspellen.
Deze nauwkeurigere kaarten leverden een verrassend resultaat op:toen Ceres zijn maximale askanteling bereikte, wat ongeveer 14.000 jaar geleden voor het laatst plaatsvond, bleef geen enkele krater op Ceres eeuwig in de schaduw en al het ijs daarin moet snel de ruimte in zijn gesublimeerd.
‘Dat laat slechts één plausibele verklaring over:de ijsafzettingen moeten recenter zijn gevormd. De resultaten suggereren dat al deze ijsafzettingen zich in de afgelopen 6000 jaar of minder moeten hebben opgehoopt. Gezien het feit dat Ceres ruim 4 miljard jaar oud is, is een opmerkelijk jonge leeftijd”, aldus Schorghofer.
"Ceres is een ijsrijk object, maar bijna niets van dit ijs is aan het oppervlak blootgesteld. De bovengenoemde poolkraters en een paar kleine plekken buiten de poolgebieden zijn de enige blootstelling aan ijs. Op ondiepe diepten is ijs echter alomtegenwoordig - zoals ontdekt door PSI-wetenschapper Tom Prettyman en zijn team in 2017, dus zelfs een kleine droge impactor zou een deel van dat ijs kunnen verdampen,' zei Schorghofer.
‘Een fragment van een asteroïde is mogelijk ongeveer 6000 jaar geleden in botsing gekomen met Ceres, waardoor een tijdelijke wateratmosfeer ontstond. Zodra er een wateratmosfeer is ontstaan, condenseert ijs in de koude poolkraters, waardoor de heldere afzettingen ontstaan die we vandaag de dag nog steeds zien. De ijsafzettingen zouden gevormd kunnen zijn door lawines van ijsrijk materiaal. Dit ijs zou dan alleen in de koude, schaduwrijke kraters overleven. Hoe dan ook, deze gebeurtenissen waren zeer recent op astronomische tijdschaal,' voegde Schorghofer eraan toe
In het onderzoek werd ook gekeken naar de mogelijkheid dat andere soorten ijs, anders dan waterijs, vastzaten in deze ongewone kraters op Ceres. Op onze maan zijn delen van poolkraters zo koud dat zelfs CO2 ijs en een paar andere chemische soorten zouden er miljarden jaren in kunnen blijven zitten. Ceres staat verder van de zon, dus je kunt verwachten dat de poolkraters zelfs nog kouder zijn dan die van de maan.
Schorghofer berekende de temperaturen in de poolkraters van Ceres, iets wat nog nooit eerder was gedaan. Het antwoord was verrassend:hoewel deze kraters koud genoeg zijn om waterijs vast te houden, zijn ze te warm om andere veel voorkomende soorten ijs vast te houden.
Twee omstandigheden dragen hieraan bij. Ten eerste is de askanteling van Ceres, momenteel 4 graden, hoger dan de 1,5 graad kanteling van de maan, waardoor een groter deel van de kraterranden door de zon wordt beschenen en er meer licht op de kraterbodem wordt verstrooid. Ten tweede heeft Ceres eenvoudigweg geen voortdurend in de schaduw staande kraters vlakbij de noordpool, in tegenstelling tot de maan, waar één krater bijna precies op de zuidpool ligt. Om deze redenen zijn de temperaturen op Ceres niet zo laag als op delen van het maanoppervlak.
De studie beschrijft de nieuwe methode die wordt gebruikt om topografie te reconstrueren met behulp van stereobeelden van beschaduwde kraters, levert een nieuwe kaart op van eeuwig beschaduwde gebieden voor het gehele noordpoolgebied van Ceres, bepaalt de omvang van eeuwig beschaduwde gebieden binnen poolkraters met heldere ijsafzettingen, en schat de temperaturen voor het binnenste van deze kraters.
"Wat de geschiedenis van deze ijsafzettingen ook mag zijn, deze is het gevolg van gebeurtenissen die niet veel ouder zijn dan de menselijke beschaving", aldus Schorghofer.