Мета дослідження, Психея, є місцем призначення майбутнього NASA місія.
Уважне дослідження випромінювання міліметрової хвилі від астероїда Психея, який NASA має намір відвідати в 2026 році, дозволило створити першу температурну карту об’єкта, що дає змогу по-новому зрозуміти властивості його поверхні. Висновки, описані в статті, опублікованій в Planetary Science Journal (PSJ) 5 серпня 2021 року є кроком до розгадки таємниці походження цього незвичайного об’єкта, який, на думку деяких, є шматком ядра злощасної протопланети.
Психея обертається навколо Сонця в поясі астероїдів, у формі бублика в просторі між Землею та Юпітер який містить більше мільйона скелястих тіл розміром від 10 метрів до 946 кілометрів у діаметрі.
Концепція цього художника зображує астероїд Психея, ціль місії НАСА Психея. Авторство: NASA/JPL-Caltech/ASU
Маючи діаметр понад 200 км, Психея є найбільшим з астероїдів M-типу, загадкового класу астероїдів, які вважаються багатими на метал і тому потенційно можуть бути фрагментами ядер протопланет, які розпалися як утворилася Сонячна система.
«Рання Сонячна система була місцем жорстокості, коли планетарні тіла об’єднувалися, а потім стикалися одне з одним, обертаючись навколо Сонця», — каже Кетрін де Клер з Каліфорнійського технологічного інституту, доцент кафедри планетознавства та астрономії та провідний автор книги PSJ стаття. «Ми вважаємо, що фрагменти ядер, мантії та кори цих об’єктів залишаються сьогодні у формі астероїдів. Якщо це правда, це дає нам єдину реальну можливість безпосередньо вивчати ядра планетоподібних об’єктів».
Кетрін де Клер. Авторство: Каліфорнійський технологічний інститут
Вивчення таких відносно крихітних об’єктів, які знаходяться так далеко від Землі (Психея дрейфує на відстані від 179.5 до 329 мільйонів кілометрів від Землі), становить значну проблему для планетологів, тому NASA планує відправити зонд до Психеї для дослідження це зблизька. Як правило, теплові спостереження з Землі, які вимірюють світло, випромінюване самим об’єктом, а не світло сонця, відбите від цього об’єкта, здійснюються в інфрачервоному діапазоні та можуть створювати зображення астероїдів лише в 1 піксель. Однак цей один піксель відкриває багато інформації; наприклад, його можна використовувати для вивчення теплової інерції астероїда або того, як швидко він нагрівається на сонці та охолоджується в темряві.
«Низька теплова інерція, як правило, пов’язана з шарами пилу, тоді як висока теплова інерція може вказувати на наявність каменів на поверхні», — каже Саверіо Камбіоні з Каліфорнійського технологічного інституту, доктор наук у галузі планетознавства та співавтор книги PSJ стаття. «Однак відрізнити один тип ландшафту від іншого важко». Дані, отримані при спостереженні за кожною поверхневою точкою в багато годин дня, дають набагато більше деталей, що призводить до інтерпретації, яка є менш неоднозначною та забезпечує більш надійний прогноз типу ландшафту до прибуття космічного корабля.
Де Клір і Камбіоні разом із співавтором Майклом Шепардом з Університету Блумсбурга в Пенсільванії скористалися великою міліметровою/субміліметровою матрицею Атакама (ALMA) у Чилі, яка повністю запрацювала в 2013 році, щоб отримати такі дані. Масив із 66 радіотелескопів дозволив команді скласти карту теплового випромінювання всієї поверхні Психеї з роздільною здатністю 30 км (де кожен піксель має розмір 30 км на 30 км) і створити зображення астероїда, що складається приблизно з 50 пікселів.
Це стало можливим завдяки тому, що ALMA спостерігала Психею на міліметрових довжинах хвиль, які довші (від 1 до 10 міліметрів), ніж інфрачервоні довжини хвиль (зазвичай від 5 до 30 мікрон). Використання більшої довжини хвилі дозволило дослідникам об’єднати дані, зібрані з 66 телескопів, щоб створити набагато більший ефективний телескоп; чим більший телескоп, тим вища роздільна здатність зображень, які він створює.
Випромінювання міліметрової хвилі показує температуру астероїда Психея під час його обертання в космосі. Авторство: Каліфорнійський технологічний інститут
Дослідження підтвердило, що теплова інерція Психеї висока порівняно з типовим астероїдом, що вказує на те, що Психея має надзвичайно щільну або провідну поверхню. Коли де Клер, Камбіоні та Шепард проаналізували дані, вони також виявили, що теплове випромінювання Психеї — кількість тепла, яке вона випромінює — становить лише 60 відсотків від того, що можна було б очікувати від типової поверхні з такою тепловою інерцією. Оскільки на поверхневе випромінювання впливає присутність металу на поверхні, їхні висновки вказують на те, що поверхня Психеї складається не менше ніж на 30 відсотків з металу. Аналіз поляризації випромінювання допоміг дослідникам приблизно визначити, яку форму має цей метал. Гладка тверда поверхня випромінює добре організоване поляризоване світло; Однак світло, випромінюване Психеєю, було розсіяним, що свідчить про те, що скелі на поверхні всипані металевими зернами.
«Багато років ми знали, що об’єкти цього класу насправді не є суцільним металом, але те, що вони собою являють і як вони утворилися, досі залишається загадкою», — каже де Клер. Отримані дані підкріплюють альтернативні пропозиції щодо складу поверхні Психеї, зокрема те, що Психея могла бути примітивним астероїдом, який утворився ближче до Сонця, ніж сьогодні, замість ядра фрагментованої протопланети.
Методи, описані в цьому дослідженні, дають новий погляд на склади поверхні астероїдів. Зараз команда розширює свої можливості, щоб застосувати ці методи до інших великих об’єктів у поясі астероїдів.
Дослідження було проведено завдяки спільному проекту команди під керівництвом Майкла Шепарда з Університету Блумсбурга, яка використовувала дані де Клера в поєднанні з даними інших телескопів, включаючи обсерваторію Аресібо в Пуерто-Ріко, щоб точно визначити розмір, форму та орієнтацію Психеї. . Це, у свою чергу, дозволило дослідникам визначити, які пікселі, які були захоплені, насправді представляють поверхню астероїда. Команда Шепарда мала знову спостерігати за Психеєю наприкінці 2020 року, але пошкодження кабелю вимкнули телескоп до того, як можна було провести спостереження.
Довідка: «Поверхня (16) психіки від теплового випромінювання та поляризаційного картування» Кетрін де Клер, Саверіо Камбіоні та Майкла Шепарда, 5 серпня 2021 р., Планетарний науковий журнал.
DOI: 10.3847/PSJ/ac01ec
