小惑星の精神の信じられないほどの新しい地図は、金属と岩の古代の世界を明らかにします

小惑星プシケのさまざまな表面は、鉱物の噴火、小惑星の揺れの影響、岩石のマントルの欠落など、動的な歴史を示唆しています。

今年後半そしてその[{” 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.

左側のこのマップは、砂地（紫/低）から岩（黄色/高）の領域までのプシュケの表面特性を示しています。 右側の地図は、プシュケの鉱物の豊富さを、低（紫）から高（黄色）まで示しています。

試合に追いつくために

新しい研究では、CambioniはPsycheシミュレーションを実行して、どの表面特性が最もよく一致するかを見つけ、測定された熱放出を説明しました。 シミュレートされた何百ものシナリオのそれぞれで、彼は小惑星の表面を、さまざまな鉱物の豊富さを持つ領域など、さまざまな材料の組み合わせでマッピングしました。 彼は小惑星の回転をモデル化し、小惑星上のシミュレートされた物質がどのように熱放出を放出するかを測定しました。 次に、カンピオーネは、ALMAによって測定された実際の排出量に最もよく一致するシミュレートされた排出量を探しました。 このシナリオは、小惑星の表面物質の最も可能性の高い地図を明らかにすると彼は信じています。

「表面特性の違いを特定できるまで、これらのシミュレーションを地域ごとに実行しました」とCampione氏は言います。

この研究は、小惑星の界面が多種多様な物質で覆われている可能性が高いことを示す、プシュケの表面特性の詳細な地図を作成しました。 研究者たちは、プシュケの表面は一般に鉱物が豊富であるが、鉱物とケイ酸塩の量はその表面によって異なることを強調しました。 これは、小惑星がその形成の初期に、ケイ酸塩に富むマントルを持っていた可能性があり、その後消えた可能性があることをさらに示唆している可能性があります。

彼らはまた、小惑星が周回するにつれて、大きなくぼみの底にある物質（おそらく火口）が、端に沿った物質よりもはるかに速く温度を変化させることを発見しました。 これは、火口の底が地面の砂のようなきめの細かい物質の「プール」で覆われていることを示しています。これは急速に熱くなり、火口の端はゆっくりと暖かい岩の物質でできています。

「小さな小惑星では、きめの細かい物質の池が見られます。それらの重力は、表面を揺るがす衝撃でより細かい物質が凝集するのに十分なほど低いです」とCampione氏は言います。 「しかし、プシュケは大きな体なので、くぼみの底にきめの細かい物質がたまると、それはかなり面白くて神秘的です。」

「これらのデータは、サイキの表面が不均一で、組成に著しい違いがあることを示しています」と、サウスウエスト研究所の科学者であり、現在の研究に関与していなかったNASAサイキミッションの共同研究者であるシモーネマルキは言います。 「プシュケの使命の主な目標の1つは、ガンマ線、中性子分光計、カラーイメージャーを使用して小惑星の表面の組成を研究することです。したがって、組成遺伝子の潜在的な存在は、心理学チームがさらに研究することを熱望しているものです。 「」

参照：Saverio Campione、Catherine de Clare、MichaelShepherdによる「TheHeterogeneousSurfaceof Asteroid（16）Psyche」、2022年5月19日、こちらから入手可能。 Journal of Geophysical Research：Planets。
DOI：10.1029 / 2021JE007091

この研究は、EAPS Crosby Distinguished Postdoctoral Fellowshipと、Heising-SimonsFoundationによって部分的にサポートされました。