Entro la fine dell'anno, la NASA lancerà una sonda delle dimensioni di un campo da tennis nella cintura degli asteroidi, una regione tra le orbite di Marte e Giove dove i resti del primo sistema solare circondano il sole. Una volta all'interno della cintura degli asteroidi, la navicella spaziale si concentrerà su Psiche, un grande asteroide ricco di metalli che si pensa sia il nucleo antico di un pianeta primordiale. La sonda, che prende il nome dal bersaglio dell'asteroide, trascorrerà quindi quasi due anni in orbita e ad analizzare la superficie di Psiche alla ricerca di indizi sull'evoluzione dei primi corpi planetari.

In vista della missione, guidata dall'investigatore principale Lindy Elkins-Tanton, gli scienziati planetari del MIT e altrove hanno ora fornito un'anteprima di ciò che la navicella spaziale Psyche potrebbe vedere quando raggiunge la sua destinazione.

In un articolo apparso oggi nel Journal of Geophysical Research:Planets , il team presenta le mappe più dettagliate delle proprietà della superficie dell'asteroide fino ad oggi, sulla base delle osservazioni effettuate da un'ampia gamma di telescopi terrestri nel nord del Cile. Le mappe rivelano vaste regioni ricche di metalli che si estendono sulla superficie dell'asteroide, insieme a una grande depressione che sembra avere una struttura superficiale diversa tra l'interno e il suo bordo; questa differenza potrebbe riflettere un cratere pieno di sabbia più fine e bordato di materiali più rocciosi.

Nel complesso, la superficie di Psyche è risultata sorprendentemente varia nelle sue proprietà.

Le nuove mappe suggeriscono la storia dell'asteroide. Le sue regioni rocciose potrebbero essere le vestigia di un antico mantello, simile nella composizione allo strato roccioso più esterno della Terra, Marte e l'asteroide Vesta, o l'impronta degli impatti passati delle rocce spaziali. Infine, i crateri che contengono materiale metallico supportano l'idea proposta da studi precedenti secondo cui l'asteroide potrebbe aver subito le prime eruzioni di lava metallica mentre il suo nucleo antico si raffreddava.

"La superficie di Psiche è molto eterogenea", afferma l'autore principale Saverio Cambioni, il Crosby Distinguished Postdoctoral Fellow presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell'Atmosfera e del Planetario (EAPS) del MIT. "È una superficie evoluta e queste mappe confermano che gli asteroidi ricchi di metalli sono mondi interessanti ed enigmatici. È un altro motivo per attendere con impazienza che la missione Psyche vada sull'asteroide."

I coautori di Cambioni sono Katherine de Kleer, assistente professore di scienze planetarie e astronomia al Caltech, e Michael Shepard, professore di scienze ambientali, geografiche e geologiche alla Bloomsburg University.

Potenza del telescopio

La superficie di Psyche è stata al centro di numerosi precedenti sforzi di mappatura. I ricercatori hanno osservato l'asteroide utilizzando vari telescopi per misurare la luce emessa dall'asteroide a lunghezze d'onda dell'infrarosso, che trasportano informazioni sulla composizione della superficie di Psyche. Tuttavia, questi studi non sono stati in grado di risolvere spazialmente le variazioni di composizione sulla superficie.

Cambioni ei suoi colleghi invece sono stati in grado di vedere Psiche in dettaglio, ad una risoluzione di circa 20 miglia per pixel, utilizzando la potenza combinata delle 66 antenne radio dell'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) nel nord del Cile. Ciascuna antenna di ALMA misura la luce emessa da un oggetto a lunghezze d'onda millimetriche, entro un intervallo sensibile alla temperatura e ad alcune proprietà elettriche dei materiali di superficie.

"I segnali delle antenne ALMA possono essere combinati in un segnale sintetico equivalente a un telescopio con un diametro di 16 chilometri (10 miglia)", afferma de Kleer. "Più grande è il telescopio, maggiore è la risoluzione."

Il 19 giugno 2019, ALMA ha concentrato il suo intero array su Psyche mentre orbitava e ruotava all'interno della cintura degli asteroidi. De Kleer ha raccolto dati durante questo periodo e li ha convertiti in una mappa delle emissioni termiche sulla superficie dell'asteroide, che il team ha riportato in uno studio del 2021. Questi stessi dati sono stati utilizzati da Shepard per produrre il più recente modello di forma 3D ad alta risoluzione di Psiche, anch'esso pubblicato nel 2021.

Per prendere una partita

Nel nuovo studio, Cambioni ha eseguito simulazioni di Psiche per vedere quali proprietà della superficie potrebbero corrispondere meglio e spiegare le emissioni termiche misurate. In ciascuno delle centinaia di scenari simulati, ha impostato la superficie dell'asteroide con diverse combinazioni di materiali, come aree di diverse abbondanze di metalli. Ha modellato la rotazione dell'asteroide e ha misurato in che modo i materiali simulati sull'asteroide emetterebbero emissioni termiche. Cambioni ha quindi cercato le emissioni simulate che meglio corrispondevano alle emissioni effettive misurate da ALMA. Quello scenario, ha ragionato, rivelerebbe la mappa più probabile dei materiali di superficie dell'asteroide.

"Abbiamo eseguito queste simulazioni area per area in modo da poter rilevare le differenze nelle proprietà della superficie", afferma Cambioni.

Lo studio ha prodotto mappe dettagliate delle proprietà della superficie di Psyche, mostrando che la facciata dell'asteroide è probabilmente ricoperta da una grande varietà di materiali. I ricercatori hanno confermato che, nel complesso, la superficie di Psyche è ricca di metalli, ma l'abbondanza di metalli e silicati varia sulla sua superficie. Questo potrebbe essere un ulteriore indizio del fatto che, all'inizio della sua formazione, l'asteroide potrebbe aver avuto un mantello ricco di silicati che da allora è scomparso.

Hanno anche scoperto che, mentre l'asteroide ruota, il materiale sul fondo di una grande depressione, probabilmente un cratere, cambia temperatura molto più velocemente del materiale lungo il bordo. Ciò suggerisce che il fondo del cratere è ricoperto da "stagni" di materiale a grana fine, come la sabbia sulla Terra, che si riscalda rapidamente, mentre i bordi del cratere sono composti da materiali più rocciosi, più lenti a riscaldarsi.

"Sono stati visti stagni di materiali a grana fine su piccoli asteroidi, la cui gravità è sufficientemente bassa da consentire agli impatti di scuotere la superficie e causare la formazione di ristagno di materiali più fini", afferma Cambioni. "Ma Psiche è un grande corpo, quindi se sul fondo della depressione si accumulano materiali a grana fine, questo è interessante e alquanto misterioso."

"Questi dati mostrano che la superficie di Psyche è eterogenea, con possibili notevoli variazioni nella composizione", afferma Simone Marchi, scienziato dello staff del Southwest Research Institute e co-investigatore della missione Psyche della NASA, che non è stato coinvolto nello studio in corso. "Uno degli obiettivi primari della missione Psyche è studiare la composizione della superficie dell'asteroide usando i suoi raggi gamma e spettrometro di neutroni e un imager a colori. Quindi, la possibile presenza di eterogeneità compositive è qualcosa che il team di Psyche Science è ansioso di studiare Di più." + Esplora ulteriormente

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Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca, l'innovazione e l'insegnamento del MIT.