क्षुद्रग्रह मानस के अविश्वसनीय नए नक्शे धातु और चट्टान की एक प्राचीन दुनिया को प्रकट करते हैं

एमआईटी और अन्य जगहों के खगोलविदों ने धातु, रेत और चट्टान की सतह का खुलासा करते हुए क्षुद्रग्रह मानस की संरचना का मानचित्रण किया है। क्रेडिट: नासा से स्क्रीनशॉट

क्षुद्रग्रह मानस की विविध सतह एक गतिशील इतिहास का सुझाव देती है, जिसमें खनिज विस्फोट, क्षुद्रग्रह झटकों के प्रभाव और एक लापता चट्टानी आवरण शामिल हो सकते हैं।

इस वर्ष में आगेऔर यह[{” attribute=””>NASA is set to launch a probe the size of a tennis court to the asteroid belt, a region between the orbits of Mars and Jupiter where remnants of the early solar system orbit the sun. Once within the asteroid belt, the spacecraft will zero in on Psyche, a large, metal-rich asteroid that is thought to be the ancient core of an early planet. The probe, named after its asteroid target, will then spend close to two years orbiting and analyzing Psyche’s surface for clues to how early planetary bodies evolved.

Ahead of the mission, which is led by principal investigator Lindy Elkins-Tanton ’87, SM ’87, PhD ’02, planetary scientists at MIT and elsewhere have now provided a sneak peek of what the Psyche spacecraft might see when it reaches its destination.

In a paper published on June 15, 2022, in the Journal of Geophysical Research: Planets, the planetary science team presents the most detailed maps of the asteroid’s surface properties to date, based on observations taken by a large array of ground telescopes in northern Chile. The maps reveal vast metal-rich regions sweeping across the asteroid’s surface, along with a large depression that appears to have a different surface texture between the interior and its rim; this difference could reflect a crater filled with finer sand and rimmed with rockier materials.

This illustration, updated in April 2022, depicts NASA’s Psyche spacecraft. Set to launch in August 2022, the Psyche mission will explore a metal-rich asteroid of the same name that lies in the main asteroid belt between Mars and Jupiter. The spacecraft will arrive in early 2026 and orbit the asteroid – also shown in this illustration – for nearly two years to investigate its composition. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU

Overall, Psyche’s surface was found to be surprisingly varied in its properties.

The new maps hint at the asteroid’s history. Its rocky regions could be vestiges of an ancient mantle — similar in composition to the rocky outermost layer of Earth, Mars, and the asteroid Vesta — or the imprint of past impacts by space rocks. Finally, craters that contain metallic material support the idea proposed by previous studies that the asteroid may have experienced early eruptions of metallic lava as its ancient core cooled.

“Psyche’s surface is very heterogeneous,” says lead author Saverio Cambioni, the Crosby Distinguished Postdoctoral Fellow in MIT’s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS). “It’s an evolved surface, and these maps confirm that metal-rich asteroids are interesting, enigmatic worlds. It’s another reason to look forward to the Psyche mission going to the asteroid.”

Cambioni’s co-authors are Katherine de Kleer, assistant professor of planetary science and astronomy at Caltech, and Michael Shepard, professor of environmental, geographical, and geological sciences at Bloomsburg University.

Telescope Power

The surface of Psyche has been a focus of numerous previous mapping efforts. Researchers have observed the asteroid using various telescopes to measure light emitted from the asteroid at infrared wavelengths, which carry information about Psyche’s surface composition. However, these studies could not spatially resolve variations in composition over the surface.

Cambioni and his colleagues instead were able to see Psyche in finer detail, at a resolution of about 20 miles per pixel, using the combined power of the 66 radio antennas of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in northern Chile. Each antenna of ALMA measures light emitted from an object at millimeter wavelengths, within a range that is sensitive to temperature and certain electrical properties of surface materials.

“The signals of the ALMA antennas can be combined into a synthetic signal that’s equivalent to a telescope with a diameter of 16 kilometers (10 miles),” de Kleer says. “The larger the telescope, the higher the resolution.”

On June 19, 2019, ALMA focused its entire array on Psyche as it orbited and rotated within the asteroid belt. De Kleer collected data during this period and converted it into a map of thermal emissions across the asteroid’s surface, which the team reported in a 2021 study. Those same data were used by Shepard to produce the most recent high-resolution 3D shape model of Psyche, also published in 2021.

बाईं ओर, यह नक्शा रेतीले (बैंगनी/निम्न) से लेकर चट्टानी (पीले/उच्च) क्षेत्रों तक, मानस पर सतह की विशेषताओं को दर्शाता है। दाईं ओर का नक्शा निम्न (बैंगनी) से उच्च (पीला) तक, मानस पर खनिजों की प्रचुरता को दर्शाता है।

मैच के साथ पकड़ने के लिए

नए अध्ययन में, कैंबियोनी ने यह पता लगाने के लिए साइके सिमुलेशन चलाया कि कौन से सतह के गुण सबसे अच्छे से मेल खा सकते हैं और मापा गर्मी उत्सर्जन की व्याख्या कर सकते हैं। सैकड़ों नकली परिदृश्यों में से प्रत्येक में, उन्होंने विभिन्न खनिज बहुतायत वाले क्षेत्रों जैसे सामग्रियों के विभिन्न संयोजनों के साथ क्षुद्रग्रह की सतह का मानचित्रण किया। उन्होंने क्षुद्रग्रह के रोटेशन का मॉडल तैयार किया और मापा कि क्षुद्रग्रह पर नकली सामग्री गर्मी उत्सर्जन का उत्सर्जन कैसे करेगी। कैंपियोन ने तब नकली उत्सर्जन की तलाश की जो ALMA द्वारा मापे गए वास्तविक उत्सर्जन से सबसे अच्छा मेल खाता हो। उनका मानना ​​है कि यह परिदृश्य क्षुद्रग्रह की सतह सामग्री के सबसे संभावित मानचित्र को प्रकट करेगा।

“हम इन सिमुलेशन क्षेत्र को क्षेत्र द्वारा तब तक चलाते हैं जब तक हम सतह के गुणों में अंतर की पहचान नहीं कर सकते,” कैंपियोन कहते हैं।

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अध्ययन ने साइके की सतह के गुणों के विस्तृत नक्शे तैयार किए, जिसमें दिखाया गया है कि क्षुद्रग्रह का इंटरफ़ेस संभवतः विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से ढका हुआ है। शोधकर्ताओं ने इस बात पर जोर दिया कि मानस की सतह सामान्य रूप से खनिजों में समृद्ध है, लेकिन खनिजों और सिलिकेट्स की प्रचुरता इसकी सतह के आधार पर भिन्न होती है। यह एक और संकेत हो सकता है कि क्षुद्रग्रह, अपने गठन की शुरुआत में, एक सिलिकेट-समृद्ध मेंटल हो सकता है जो तब से गायब हो गया है।

उन्होंने यह भी पाया कि जैसे ही क्षुद्रग्रह ने परिक्रमा की, एक बड़े अवसाद के तल पर सामग्री – संभवतः एक गड्ढा – किनारे के साथ सामग्री की तुलना में बहुत तेजी से तापमान बदल गया। यह इंगित करता है कि गड्ढा का तल जमीन पर रेत की तरह महीन दाने वाली सामग्री के “पूल” से ढका होता है, जो तेजी से गर्म होता है, जबकि क्रेटर के किनारे धीमी, गर्म चट्टानी सामग्री से बने होते हैं।

“छोटे क्षुद्रग्रहों पर महीन दाने वाली सामग्री के तालाब देखे गए हैं, उनका गुरुत्वाकर्षण सतह को हिलाने वाले झटके के लिए काफी कम है, जिससे महीन सामग्री एकत्र हो जाती है,” कैंपियोन कहते हैं। “लेकिन मानस एक बड़ा शरीर है, इसलिए यदि अवसाद के तल पर सूक्ष्म सामग्री जमा हो जाती है, तो यह दिलचस्प और रहस्यमय है।”

साउथवेस्ट रिसर्च इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिक सिमोन मार्ची और नासा साइके मिशन के सह-अन्वेषक, जो वर्तमान अध्ययन में शामिल नहीं थे, कहते हैं, “ये आंकड़े बताते हैं कि साइके की सतह विषम है, संरचना में उल्लेखनीय अंतर है।” “साइके के मिशन के प्राथमिक लक्ष्यों में से एक गामा किरणों, एक न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रोमीटर और एक रंगीन इमेजर का उपयोग करके क्षुद्रग्रह की सतह की संरचना का अध्ययन करना है। इसलिए, रचनात्मक जीन की संभावित उपस्थिति कुछ ऐसी है जो मनोविज्ञान टीम आगे अध्ययन करने के लिए उत्सुक है। “

संदर्भ: सेवरियो कैंपियोन, कैथरीन डी क्लेयर और माइकल शेफर्ड द्वारा “क्षुद्रग्रह की विषम सतह (16) मानस”, 19 मई, 2022, यहां उपलब्ध है। भूभौतिकीय अनुसंधान जर्नल: ग्रह.
डीओआई: 10.1029/2021JE007091

इस शोध को ईएपीएस क्रॉस्बी विशिष्ट पोस्टडॉक्टरल फैलोशिप द्वारा समर्थित किया गया था, और कुछ हद तक हेइज़िंग-सीमन्स फाउंडेशन द्वारा।