小行星Psyche新地圖揭示一個(gè)古老的金屬和巖石世界 _小行星

小行星Psyche新地圖揭示一個(gè)古老的金屬和巖石世界
（）據(jù)cnBeta：小行星Psyche多變的表面表明它有一段動(dòng)態(tài)的歷史，其中可能包括金屬噴發(fā)、小行星的震動(dòng)撞擊和失去巖石的地幔。今年晚些時(shí)候，NASA將向小行星帶--一個(gè)位于火星和木星軌道之間的區(qū)域，早期太陽系的殘余物在這里圍繞太陽運(yùn)行--發(fā)射一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)大小的探測(cè)器。
一旦進(jìn)入小行星帶，該航天器將鎖定Psyche 。這是一個(gè)大型的、富含金屬的小行星，被認(rèn)為是一個(gè)早期行星的古老核心。該探測(cè)器以其小行星目標(biāo)命名，然后將用近兩年的時(shí)間繞行并分析Psyche的表面以尋找早期行星體如何演變的線索。
在這項(xiàng)由主要研究人員Lindy Elkins-Tanton '87, SM '87, PhD '02領(lǐng)導(dǎo)的任務(wù)之前，麻省理工學(xué)院和其他地方的行星科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)提供了Psyche航天器在到達(dá)目的地時(shí)可能看到的情況的偷窺。
在6月15日發(fā)表于《Journal of Geophysical Research: Planets》上的一篇論文中，行星科學(xué)小組根據(jù)智利北部大型地面望遠(yuǎn)鏡陣列的觀測(cè)結(jié)果展示了迄今為止該小行星表面特性的最詳細(xì)地圖。這些地圖顯示了橫掃小行星表面的富含金屬的巨大區(qū)域及一個(gè)似乎在內(nèi)部和邊緣之間有不同表面紋理的大凹陷；這種差異可能反映了一個(gè)充滿較細(xì)的沙子和邊緣有較多巖石材料的火山口。
總體來說，Psyche的表面被發(fā)現(xiàn)具有令人驚訝的不同屬性。
新地圖暗示了這顆小行星的歷史。它的巖石區(qū)可能是古代地幔的遺跡--跟地球、火星和小行星灶神星最外層的巖石成分相似--或是過去被太空巖石撞擊的印記。最后，含有金屬物質(zhì)的隕石坑支持之前研究提出的觀點(diǎn)，即該小行星在其古老的核心冷卻時(shí)可能經(jīng)歷了早期的金屬熔巖噴發(fā) 。
“Psyche的表面是非常異質(zhì)的，”這項(xiàng)研究的論文第一作者Saverio Cambioni說道， “這是一個(gè)進(jìn)化的表面，這些地圖證實(shí)富含金屬的小行星是有趣的、神秘的世界。這是期待Psyche任務(wù)前往小行星的另一個(gè)原因。”
這一研究的論文共同作者還包括加州理工學(xué)院行星科學(xué)和天文學(xué)助理教授Katherine de Kleer、布魯姆斯堡大學(xué)環(huán)境、地理和地質(zhì)科學(xué)教授Michael Shepard 。
望遠(yuǎn)鏡的力量
Psyche的表面一直是以前眾多測(cè)繪工作的重點(diǎn) 。研究人員已經(jīng)使用各種望遠(yuǎn)鏡觀察了這顆小行星以測(cè)量小行星發(fā)出的紅外波長(zhǎng)的光線，這些光線帶有關(guān)于Psyche表面成分的信息。然而這些研究無法在空間上解決表面成分的變化。
相反，Cambioni和他的同事利用智利北部阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)的66根無線電天線的綜合力量，然后能以每像素約20英里的分辨率看到Psyche的更多細(xì)節(jié) 。ALMA的每根天線都能測(cè)量天梯發(fā)出的毫米波長(zhǎng)的光，在這個(gè)范圍內(nèi)，其對(duì)溫度和表面材料的某些電特性非常敏感。
“ALMA天線的信號(hào)可以組合成一個(gè)合成信號(hào)，相當(dāng)于一個(gè)直徑為16公里的望遠(yuǎn)鏡，”de Kleer說道，“望遠(yuǎn)鏡越大，分辨率就越高。”
2019年6月19日，ALMA將其整個(gè)陣列聚焦于Psyche，因?yàn)樗谛⌒行菐?nèi)運(yùn)行和旋轉(zhuǎn) 。De Kleer在此期間收集了數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為整個(gè)小行星表面的熱輻射圖，該團(tuán)隊(duì)在2021年的一項(xiàng)研究中報(bào)告了這些數(shù)據(jù) 。這些數(shù)據(jù)還被Shepard用來制作Psyche最新的高分辨率三維形狀模型，據(jù)悉，它們也是在2021年發(fā)表的。
抓住一個(gè)匹配點(diǎn)
在這項(xiàng)新研究中，Cambioni對(duì)Psyche進(jìn)行了模擬以了解哪些表面特性可能最符合并解釋所測(cè)量的熱輻射。在數(shù)以百計(jì)的模擬場(chǎng)景中，他在小行星的表面設(shè)置了不同的材料組合，如不同金屬豐度的區(qū)域。他模擬了小行星的旋轉(zhuǎn)并測(cè)量了小行星上的模擬材料將如何發(fā)出熱輻射。然后， Cambioni尋找跟ALMA測(cè)量的實(shí)際輻射最匹配的模擬輻射。他推斷，這種情況將揭示出小行星表面材料的最可能的地圖。
“我們逐個(gè)區(qū)域進(jìn)行這些模擬，這樣我們就可以捕捉到表面屬性的差異，”Cambioni說道。
這項(xiàng)研究產(chǎn)生了Psyche表面屬性的詳細(xì)地圖，其顯示出這顆小行星的外墻可能被大量不同的材料所覆蓋。研究人員指出，總的來說，Psyche的表面富含金屬，但金屬和硅酸鹽的豐度在其表面上則有所不同。這可能是一個(gè)進(jìn)一步的暗示，即在其形成的早期，這顆小行星可能有一個(gè)富含硅酸鹽的地幔但后來卻消失了。
他們還發(fā)現(xiàn)，隨著小行星的旋轉(zhuǎn) ，一個(gè)大凹陷--可能是一個(gè)隕石坑--底部的物質(zhì)的溫度變化比沿邊緣的物質(zhì)快得多。這表明隕石坑底部覆蓋著細(xì)粒物質(zhì)的“池塘”，就像地球上的沙子一樣，它們升溫很快，而隕石坑邊緣則由巖石組成、升溫較慢。
Cambioni表示：“在小型小行星上已經(jīng)看到了細(xì)粒材料池，其重力低到足以讓撞擊震動(dòng)表面并導(dǎo)致更細(xì)的材料匯集。但Psyche是一個(gè)大的天體，所以如果細(xì)粒物質(zhì)積聚在凹陷的底部，這很有趣，而且還有點(diǎn)神秘。”
“這些數(shù)據(jù)顯示，Psyche的表面是異質(zhì)的，可能有顯著的成分變化，”西南研究所的工作人員科學(xué)家和NASA Psyche任務(wù)的共同調(diào)查員Simone Marchi說道，“Psyche任務(wù)的主要目標(biāo)之一是利用其伽馬射線和中子光譜儀及彩色成像儀來研究小行星表面的組成。因此，可能存在的成分異質(zhì)性是Psyche科學(xué)小組渴望更多研究的東西。”據(jù)悉，Marchi未參與當(dāng)前的研究。