小行星Psyche新地图揭示一个古老的金属和岩石世界
据cnBeta：小行星Psyche多变的表面表明它有一段动态的历史，其中可能包括金属喷发、小行星的震动撞击和失去岩石的地幔。今年晚些时候，NASA将向小行星带--一个位于火星和木星轨道之间的区域，早期太阳系的残余物在这里围绕太阳运行--发射一个网球场大小的探测器。
一旦进入小行星带，该航天器将锁定Psyche。这是一个大型的、富含金属的小行星，被认为是一个早期行星的古老核心。该探测器以其小行星目标命名，然后将用近两年的时间绕行并分析Psyche的表面以寻找早期行星体如何演变的线索。
在这项由主要研究人员Lindy Elkins-Tanton'87, SM'87, PhD'02领导的任务之前，麻省理工学院和其他地方的行星科学家现在已经提供了Psyche航天器在到达目的地时可能看到的情况的偷窥。
在6月15日发表于《Journal of Geophysical Research: Planets》上的一篇论文中，行星科学小组根据智利北部大型地面望远镜阵列的观测结果展示了迄今为止该小行星表面特性的最详细地图。这些地图显示了横扫小行星表面的富含金属的巨大区域及一个似乎在内部和边缘之间有不同表面纹理的大凹陷；这种差异可能反映了一个充满较细的沙子和边缘有较多岩石材料的火山口。
总体来说，Psyche的表面被发现具有令人惊讶的不同属性。
新地图暗示了这颗小行星的历史。它的岩石区可能是古代地幔的遗迹--跟地球、火星和小行星灶神星最外层的岩石成分相似--或是过去被太空岩石撞击的印记。最后，含有金属物质的陨石坑支持之前研究提出的观点，即该小行星在其古老的核心冷却时可能经历了早期的金属熔岩喷发。
“Psyche的表面是非常异质的，”这项研究的论文第一作者Saverio Cambioni说道，“这是一个进化的表面，这些地图证实富含金属的小行星是有趣的、神秘的世界。这是期待Psyche任务前往小行星的另一个原因。”
这一研究的论文共同作者还包括加州理工学院行星科学和天文学助理教授Katherine de Kleer、布鲁姆斯堡大学环境、地理和地质科学教授Michael Shepard。
望远镜的力量
Psyche的表面一直是以前众多测绘工作的重点。研究人员已经使用各种望远镜观察了这颗小行星以测量小行星发出的红外波长的光线，这些光线带有关于Psyche表面成分的信息。然而这些研究无法在空间上解决表面成分的变化。
相反，Cambioni和他的同事利用智利北部阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的66根无线电天线的综合力量，然后能以每像素约20英里的分辨率看到Psyche的更多细节。ALMA的每根天线都能测量天梯发出的毫米波长的光，在这个范围内，其对温度和表面材料的某些电特性非常敏感。
“ALMA天线的信号可以组合成一个合成信号，相当于一个直径为16公里的望远镜，”de Kleer说道，“望远镜越大，分辨率就越高。”
2019年6月19日，ALMA将其整个阵列聚焦于Psyche，因为它在小行星带内运行和旋转。De Kleer在此期间收集了数据并将其转换为整个小行星表面的热辐射图，该团队在2021年的一项研究中报告了这些数据。这些数据还被Shepard用来制作Psyche最新的高分辨率三维形状模型，据悉，它们也是在2021年发表的。
抓住一个匹配点
在这项新研究中，Cambioni对Psyche进行了模拟以了解哪些表面特性可能最符合并解释所测量的热辐射。在数以百计的模拟场景中，他在小行星的表面设置了不同的材料组合，如不同金属丰度的区域。他模拟了小行星的旋转并测量了小行星上的模拟材料将如何发出热辐射。然后，Cambioni寻找跟ALMA测量的实际辐射最匹配的模拟辐射。他推断，这种情况将揭示出小行星表面材料的最可能的地图。
“我们逐个区域进行这些模拟，这样我们就可以捕捉到表面属性的差异，”Cambioni说道。
这项研究产生了Psyche表面属性的详细地图，其显示出这颗小行星的外墙可能被大量不同的材料所覆盖。研究人员指出，总的来说，Psyche的表面富含金属，但金属和硅酸盐的丰度在其表面上则有所不同。这可能是一个进一步的暗示，即在其形成的早期，这颗小行星可能有一个富含硅酸盐的地幔但后来却消失了。
他们还发现，随着小行星的旋转，一个大凹陷--可能是一个陨石坑--底部的物质的温度变化比沿边缘的物质快得多。这表明陨石坑底部覆盖着细粒物质的“池塘”，就像地球上的沙子一样，它们升温很快，而陨石坑边缘则由岩石组成、升温较慢。
Cambioni表示：“在小型小行星上已经看到了细粒材料池，其重力低到足以让撞击震动表面并导致更细的材料汇集。但Psyche是一个大的天体，所以如果细粒物质积聚在凹陷的底部，这很有趣，而且还有点神秘。”
“这些数据显示，Psyche的表面是异质的，可能有显著的成分变化，”西南研究所的工作人员科学家和NASA Psyche任务的共同调查员Simone Marchi说道，“Psyche任务的主要目标之一是利用其伽马射线和中子光谱仪及彩色成像仪来研究小行星表面的组成。因此，可能存在的成分异质性是Psyche科学小组渴望更多研究的东西。”据悉，Marchi未参与当前的研究。
