Уникальный богатый металлами астероид Психея – его первая температурная карта, полученная с Земли

Впервые мы исследуем мир, сделанный не из камня или льда, а из металла.

НАСА намеревается посетить его в 2026 году, но на данный момент астрономы внимательно изучили излучение в миллиметровом диапазоне от астероида Психея, которое составило первую температурную карту объекта, дающую новое представление о свойствах его поверхности.

Художественный концепт астероида 16 Психея. Предоставлено: Maxar / ASU / P.Rubin / NASA / JPL-Caltech.

Их открытие – шаг к разгадке тайны происхождения этого необычного объекта, который, по мнению некоторых, является частью ядра злополучной протопланеты.

Психея вращается вокруг Солнца в поясе астероидов, области космоса в форме пончика между Землей и Юпитером, которая содержит более миллиона скалистых тел размером от 10 метров до 946 километров в диаметре.

Имея диаметр более 200 км, Психея является крупнейшим из астероидов M-типа, загадочного класса астероидов, которые считаются богатыми металлами и поэтому потенциально могут быть фрагментами ядер протопланет, которые распались как образовалась солнечная система.

«Ранняя Солнечная система была местом насилия, поскольку планетные тела сливались, а затем сталкивались друг с другом, выходя на орбиты вокруг Солнца», – говорит Кэтрин де Клер из Калифорнийского технологического института, доцент кафедры планетологии и астрономии и ведущий автор книги PSJстатья.

Художественная концепция космического корабля “Психея”, который исследует астероид, который считается обнаженным железно-никелевым ядром ранней планеты. Предоставлено: Maxar / ASU / P. Рубин / НАСА / Лаборатория реактивного движения – Калтех

«Мы думаем, что фрагменты ядер, мантии и корки этих объектов остались сегодня в виде астероидов. Если это правда, это дает нам единственную реальную возможность напрямую изучать ядра планетоподобных объектов ».

Изучение таких относительно крошечных объектов, которые находятся так далеко от Земли (Психея дрейфует на расстоянии от 179,5 до 329 миллионов км от Земли), представляет собой серьезную проблему для ученых-планетологов, поэтому НАСА планирует отправить зонд к Психее для изучения. это близко. Обычно тепловые наблюдения с Земли, которые измеряют свет, излучаемый самим объектом, а не свет солнца, отраженный от этого объекта, проводятся в инфракрасном диапазоне длин волн и могут давать только 1-пиксельные изображения астероидов. Однако этот один пиксель раскрывает много информации; например, его можно использовать для изучения тепловой инерции астероида или того, насколько быстро он нагревается на солнце и остывает в темноте.

«Низкая тепловая инерция обычно связана со слоями пыли, в то время как высокая тепловая инерция может указывать на камни на поверхности», – говорит Саверио Камбиони из Калифорнийского технологического института, доктор наук в области планетологии и соавтор PSJ статья. «Однако отличить один тип ландшафта от другого сложно». Данные, полученные при просмотре каждого местоположения на поверхности в много раз в течение дня, предоставляют гораздо больше деталей, что приводит к менее неоднозначной интерпретации, которая обеспечивает более надежное предсказание типа ландшафта до прибытия космического корабля.

Излучение в миллиметровом диапазоне показывает температуру астероида Психея, когда он вращается в космосе. Предоставлено: Калифорнийский технологический институт.

Де Клер и Камбиони вместе с соавтором Майклом Шепардом из Блумсбургского университета в Пенсильвании воспользовались для получения таких данных Атакамской большой миллиметровой / субмиллиметровой антенной решеткой (ALMA) в Чили, которая была полностью введена в эксплуатацию в 2013 году. Массив из 66 радиотелескопов позволил команде нанести на карту тепловое излучение всей поверхности Психеи с разрешением 30 км (где каждый пиксель составляет 30 км на 30 км) и создать изображение астероида, состоящее примерно из 50 пикселей.

Это стало возможным, потому что ALMA наблюдала Психею на миллиметровых волнах, которые длиннее (от 1 до 10 миллиметров), чем инфракрасные (обычно от 5 до 30 микрон). Использование более длинных волн позволило исследователям объединить данные, собранные с 66 телескопов, для создания гораздо более эффективного телескопа; Чем больше телескоп, тем выше разрешение получаемых изображений.

Исследование подтвердило, что тепловая инерция Психеи высока по сравнению с таковой у типичного астероида, что указывает на то, что Психея имеет необычно плотную или проводящую поверхность. Когда де Клер, Камбиони и Шепард проанализировали данные, они также обнаружили, что тепловое излучение Психеи – количество тепла, которое она излучает – составляет всего 60 процентов от того, что можно было бы ожидать от типичной поверхности с такой тепловой инерцией. Поскольку поверхностное излучение зависит от присутствия металла на поверхности, их открытие показывает, что поверхность Психеи состоит не менее чем на 30 процентов из металла.

Анализ поляризации излучения помог исследователям примерно определить, какую форму принимает этот металл. Гладкая твердая поверхность излучает хорошо организованный поляризованный свет; однако свет, излучаемый Психеей, был рассеянным, что наводит на мысль о том, что камни на поверхности присыпаны металлическими зернами.

«В течение многих лет мы знали, что объекты этого класса на самом деле не являются твердым металлом, но то, что они собой представляют и как они образовались, все еще остается загадкой», – говорит де Клер. Полученные данные подтверждают альтернативные предположения о составе поверхности Психеи, в том числе о том, что Психея могла быть примитивным астероидом, который сформировался ближе к Солнцу, чем сегодня, а не ядром фрагментированной протопланеты.

Методы, описанные в этом исследовании, позволяют по-новому взглянуть на состав поверхности астероидов. В настоящее время команда расширяет свои возможности, чтобы применить эти методы к другим крупным объектам в поясе астероидов.

Исследование было проведено в рамках связанного проекта команды под руководством Майкла Шепарда из Университета Блумсбурга, в котором использовались данные де Клера в сочетании с данными других телескопов, в том числе обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, для определения размера, формы и ориентации Психеи. . Это, в свою очередь, позволило исследователям определить, какие пиксели, которые были захвачены, на самом деле представляли поверхность астероида.

Команда Шепарда должна была снова наблюдать Психею в конце 2020 года, но повреждение кабеля из-за обрыва кабеля отключило телескоп до того, как наблюдения могли быть сделаны.