I 2011, NASA's Soloppgang romskip etablerte bane rundt den store asteroiden (aka. planetoid) kjent som Vesta. I løpet av de neste 14 månedene gjennomførte sonden detaljerte studier av Vestas overflate med en serie vitenskapelige instrumenter. Disse funnene avslørte mye om planetoidens historie, dens overflateegenskaper og dens struktur - som antas å være differensiert, som de steinete planetene.
I tillegg samlet sonden viktig informasjon om Vestas isinnhold. Etter å ha brukt de siste tre årene på å sile gjennom sondens data, har et team av forskere produsert en ny studie som indikerer muligheten for is under jorden. Disse funnene kan ha konsekvenser når det gjelder vår forståelse av hvordan solcellelegemer dannet seg og hvordan vann historisk ble transportert gjennom hele solsystemet.
Studien deres, med tittelen “Orbital Bistatic Radar Observations of Asteroid Vesta by the Dawn Mission”, ble nylig publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Naturkommunikasjon. Under ledelse av Elizabeth Palmer, en doktorgradsstudent fra Western Michigan University, stolte teamet på data innhentet av kommunikasjonsantennen ombord på romfartøyet Dawn for å gjennomføre den første orbitale bistatiske radar (BSR) observasjonen av Vesta.
Denne antennen - High-Gain telekommunikasjonsantennen (HGA) - overførte X-bånd radiobølger under sin bane rundt Vesta til Deep Space Network (DSN) antenne på jorden. Under majoriteten av oppdraget ble Dawns bane designet for å sikre at HGA var i siktlinjen med bakkestasjoner på jorden. Under okkultasjoner - da sonden passerte Vesta i 5 til 33 minutter om gangen - var sonden imidlertid utenfor denne siktlinjen.
Likevel sendte antennen kontinuerlig telemetri-data, noe som fikk HGA-sendte radarbølger til å reflekteres fra Vestas overflate. Denne teknikken, kjent som bistatiske radar (BSR) -observasjoner, har tidligere blitt brukt til å studere overflatene til landlegemer som Merkur, Venus, Månen, Mars, Saturns måne Titan og kometen 67P / CG.
Men som Palmer forklarte, å bruke denne teknikken for å studere en kropp som Vesta var en første for astronomer:
“Dette er første gang et bistatisk radareksperiment ble utført i bane rundt en liten kropp, så dette ga flere unike utfordringer sammenlignet med det samme eksperimentet som ble gjort på store kropper som Månen eller Mars. Fordi tyngdekraftsfeltet rundt Vesta for eksempel er mye svakere enn Mars, trenger ikke Dawn-romfartøyet bane i veldig høy hastighet for å opprettholde avstanden fra overflaten. Omkretshastigheten til romskipet blir viktig, men fordi jo raskere bane, jo mer blir frekvensen av 'overflateekkoet' endret (Doppler forskjøvet) sammenlignet med frekvensen til 'direkte signalet' (som er det uhindrede radiosignalet som reiser direkte fra Dawns HGA til jordas Deep Space Network-antenner uten å beite Vestas overflate). Forskere kan fortelle forskjellen mellom et 'overflateekko' og 'direkte signalet' ved deres frekvensforskjell - så med Dawns lavere sirkulasjonshastighet rundt Vesta var denne frekvensforskjellen veldig liten, og krevde mer tid for oss å behandle BSR-data og isoler 'overflateekkoene' for å måle styrken. »
Ved å studere de reflekterte BSR-bølgene kunne Palmer og hennes team få verdifull informasjon fra Vestas overflate. Fra dette observerte de signifikante forskjeller i overflatradarreflektivitet. Men i motsetning til månen, kunne ikke disse variasjonene i overflateuhet forklares med krater bare og skyldtes sannsynligvis grunnisen. Som Palmer forklarte:
“Vi fant ut at dette var et resultat av forskjeller i overflatenes ruhet i omfanget av noen få centimeter. Sterkere overflateekko indikerer jevnere overflater, mens svakere overflateekko har spratt ut av grovere overflater. Da vi sammenliknet overflatetruhetskartet over Vesta med et kart over hydrogenkonsentrasjoner under overflaten - som ble målt av Dawn-forskere ved bruk av Gamma Ray og Neutron Detector (GRaND) på romfartøyet - fant vi ut at omfattende, jevnere områder overlappte områder som også hadde økt hydrogen konsentrasjoner!”
Til slutt konkluderte Palmer og hennes kolleger med at tilstedeværelsen av nedgravd is (fortid og / eller nåtid) på Vesta var ansvarlig for at deler av overflaten ble jevnere enn andre. I utgangspunktet overførte den mye energi til undergrunnen når en innvirkning skjedde på overflaten. Hvis det var tilstedeværende nedgravd is, ville den smeltes av påvirkningen, strømme til overflaten langs støtgenererte brudd og deretter fryse på plass.
Mye på samme måte som månens som Europa, Ganymede og Titania opplever fornyelse av overflaten på grunn av måten kryovolkanisme får flytende vann til å komme til overflaten (der det fryser), vil tilstedeværelsen av is under overflaten føre til at deler av Vesta 'overflate blir jevnet ut over tid. Dette vil til slutt føre til den typen ujevn terreng som Palmer og hennes kolleger var vitne til.
Denne teorien støttes av de store konsentrasjonene av hydrogen som ble oppdaget over jevnere terreng som måler hundrevis av kvadratkilometer. Det er også i samsvar med geomorfologiske bevis hentet fra bilder fra Dawn Framing Camera, som viste tegn til forbigående vannføring over Vestas overflate. Denne studien motsatte seg også noen tidligere antatte antakelser om Vesta.
Som Palmer bemerket, kan dette også ha konsekvenser for vår forståelse av solsystemets historie og utvikling:
Asteroid Vesta var forventet å ha tømt ut vanninnholdet for lenge siden gjennom global smelting, differensiering og omfattende regolith-hagearbeid etter påvirkninger fra mindre kropper. Funnene våre støtter imidlertid ideen om at nedgravd is kan ha eksistert på Vesta, noe som er et spennende utsikter siden Vesta er en protoplanet som representerer et tidlig stadium i dannelsen av en planet. Jo mer vi lærer om hvor vann-is finnes i hele solsystemet, jo bedre vil vi forstå hvordan vann ble levert til Jorden, og hvor mye som var iboende for Jordens indre i de tidlige stadiene av dens dannelse. "
Dette arbeidet ble sponset av NASAs Planetary Geology and Geophysics-program, en JPL-basert innsats som fokuserer på å fremme forskning på landlignende planeter og store satellitter i solsystemet. Arbeidet ble også utført med bistand fra USCs Viterbi School of Engineering som ledd i en kontinuerlig innsats for å forbedre radar- og mikrobølgebilde for å lokalisere vannkilder under jorden på planeter og andre kropper.
