Wenn Sie eine forensische Untersuchung des Sonnensystems durchführen möchten, können Sie sich zum Haupt-Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter begeben. Dort finden Sie uralte Felsen aus den Anfängen des Sonnensystems. Da draußen im kalten Vakuum des Weltraums, weit weg von der Sonne, sind Asteroiden von der Weltraumverwitterung weitgehend unberührt.
Weltraumwissenschaftler bezeichnen Asteroiden – und ihre Meteoritenfragmente, die auf die Erde fallen – aufgrund der Beweise, die sie enthalten, manchmal als Zeitkapseln.
Der Asteroid Psyche ist besonders interessant, und die NASA schickt eine Mission, um den ungewöhnlichen Felsbrocken zu untersuchen.
Im Vorfeld dieser Mission kombinierte ein Forscherteam Beobachtungen von Psyche mit einer Reihe von Teleskopen und erstellte eine Karte der Oberfläche des Asteroiden.
Astronomen teilen Asteroiden in drei Kategorien ein. Kohlenstoffhaltige Asteroiden oder Asteroiden vom C-Typ sind der häufigste Typ. Sie machen etwa 75 Prozent der bekannten Asteroiden aus und enthalten große Mengen an Kohlenstoff. Der Kohlenstoff macht sie dunkel und sie haben eine niedrige Albedo.
Kieselsäure- oder S-Typ-Asteroiden sind der zweithäufigste Typ. Sie machen etwa 17 Prozent der bekannten Asteroiden aus und bestehen meist aus Eisen- und Magnesiumsilikaten.
Metall- oder M-Typ-Asteroiden sind die seltensten Arten von Asteroiden und machen etwa 8 Prozent der bekannten Asteroiden aus. Sie scheinen mehr Metall zu enthalten als die anderen Asteroidentypen, und Wissenschaftler glauben, dass sie die Quelle von Eisenmeteoriten sind, die auf die Erde fallen. Meteoriten vom Typ M waren eine der frühesten Eisenquellen in der Geschichte der Menschheit.
Psyche (16 Psyche) ist ein Asteroid vom Typ M. Er wird auch Zwergplanet genannt, weil er einen Durchmesser von etwa 220 Kilometern hat. Er wird als 16 Psyche bezeichnet, weil er der 16. entdeckte Kleinplanet war. (Größere Asteroiden wie Psyche werden auch als Kleinplaneten bezeichnet.)
(NASA/JPL-Caltech/ASU)
Psyche wird manchmal als „Goldminen-Asteroid“ bezeichnet, weil er reich an Eisen und Nickel ist. Um es klar zu sagen, niemand denkt, dass es reich an Gold ist.
Sichtbare Lichtbilder von Psyche sagen uns nicht viel. Das VLT der Europäischen Südsternwarte hat einige Bilder des Asteroiden aufgenommen, aber sie haben keine Details preisgegeben.
Die Geschichte der Psyche ist eine Geschichte der Ungewissheit. Astronomen dachten lange Zeit, es handele sich um den freigelegten Eisenkern eines viel größeren Körpers. In dieser Hypothese streifte eine starke Kollision oder eine Reihe von Kollisionen die Kruste und den Mantel des Körpers ab.
Der größere Körper wäre vollständig differenziert und hätte einen Durchmesser von etwa 500 km (310 Meilen). Nachdem die Kruste und der Mantel verschwunden waren, blieb nur der eisenreiche Kern übrig.
Diese Idee geriet im Laufe der Zeit in Ungnade und Astronomen beobachteten sie weiter. Beweise zeigten, dass es nicht dicht genug war, um aus massivem Eisen zu bestehen, und wahrscheinlich porös ist.
Andere Forscher schlugen vor, dass Psyche irgendwie gestört und dann als eine Mischung aus Metallen und Silikaten wieder angereichert wurde. Eine Studie zeigte, dass Psyche nicht so metallreich ist wie Denken und eher ein Trümmerhaufen ist. In diesem Szenario lagerten Kollisionen mit häufigeren Asteroiden vom C-Typ eine Schicht aus Kohlenstoff und anderen Materialien auf der Oberfläche von Psyche ab.
Die exotischste Idee hinter Psyches Ursprüngen ist die ferrovulkanische Idee. Eine Studie aus dem Jahr 2019 legte Beweise dafür vor, dass Psyche einst ein geschmolzener Klecks war. In diesem Szenario kühlten die äußeren Schichten ab und bildeten Spannungsrisse, und der schwimmende geschmolzene Kern brach als Eisenvulkane aus.
Der einzige Weg, um sicher herauszufinden, was Psyche ist, besteht darin, hinzugehen und es sich anzusehen. Das macht also die NASA.
Die Mission heißt Psyche und soll irgendwann im Herbst 2022 starten. Das Raumschiff wird sich auf einen solarelektrischen Antrieb und ein schwerkraftunterstütztes Manöver mit dem Mars verlassen, um 2026 bei Psyche anzukommen.
Es wird 21 Monate damit verbringen, den Asteroiden zu untersuchen, und dabei vier separaten Umlaufbahnen folgen, von denen jede näher ist als die vorherige.
Eine Illustration der Psyche-Sonde in der Nähe des Psyche-Asteroiden. (NASA/JPL-Caltech/ASU)
Wenn es sich dem Asteroiden nähert, wird es sich auf andere wissenschaftliche Ziele konzentrieren.
Ein Forscherteam erstellte eine neue Karte der Oberfläche von Psyche, um sich auf die Mission vorzubereiten.
Die Karte ist in einem Papier veröffentlicht in der Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planeten. Der Titel lautet „The Heterogeneous Surface of Asteroid (16) Psyche“, und der Hauptautor ist Saverio Cambioni vom Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) des MIT.
„Die Oberfläche von Psyche ist sehr heterogen“, sagte Cambioni in einer Pressemitteilung. „Es ist eine entwickelte Oberfläche, und diese Karten bestätigen, dass metallreiche Asteroiden interessante rätselhafte Welten sind. Das ist ein weiterer Grund, sich auf die Psyche-Mission zu diesem Asteroiden zu freuen.“
In dieser Studie verwendeten die Autoren das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), um 16 Psyche besser zu betrachten. ALMA ist ein Radioteleskop, das aus 66 hochpräzisen Antennen besteht. Die getrennten Antennen arbeiten zusammen als Interferometer mit hoher Auflösung.
ALMA arbeitet bei Wellenlängen, die für die Temperatur und einige elektrische Eigenschaften von Materialien auf der Oberfläche von Psyche empfindlich sind.
„Die Signale der ALMA-Antennen können zu einem synthetischen Signal kombiniert werden, das einem Teleskop mit einem Durchmesser von 16 Kilometern (10 Meilen) entspricht“, sagte Co-Autorin Katherine de Kleer, Assistenzprofessorin für Planetenwissenschaften und Astronomie am Caltech. “Je größer das Teleskop, desto höher die Auflösung.”
Die neue Karte basiert auf zwei Arten von Messungen. Einer davon ist die thermische Trägheit, also die Zeit, die ein Material braucht, um die Temperatur seiner Umgebung zu erreichen. Höhere thermische Trägheit bedeutet, dass es länger dauert.
Die zweite ist die Dielektrizitätskonstante. Die Dielektrizitätskonstante beschreibt, wie gut ein Material Wärme, Strom oder Schall leitet. Ein Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante leitet schlecht und ist ein guter Isolator und umgekehrt.
Die Forscher nutzten die ALMA-Beobachtungen der thermischen Trägheit und der Dielektrizitätskonstante und führten Hunderte von Simulationen durch, um zu sehen, welche Materialkombinationen diese erklären könnten. „Wir haben diese Simulationen Bereich für Bereich durchgeführt, um Unterschiede in den Oberflächeneigenschaften zu erkennen“, sagt Cambioni.
Reines Eisen hat eine unendliche Dielektrizitätskonstante. Durch die Messung der Dielektrizitätskonstante auf Psyche konnten die Forscher die Oberfläche kartieren und eisenreichere Regionen lokalisieren. Eisen hat auch eine hohe thermische Trägheit, weil es so dicht ist.
Die Kombination von Messungen der thermischen Trägheit und der Dielektrizitätskonstante gibt also eine gute Vorstellung davon, welche Oberflächenregionen auf Psyche reich an Eisen und anderen Metallen sind.
Die Forscher nennen ein merkwürdiges Merkmal auf Psyche die Bravo-Golf-Region. Diese Region hat eine systematisch geringere thermische Trägheit als die Hochlandregionen. Die Bravo-Golf-Region ist die Senke direkt rechts vom Nullmeridian des Asteroiden im Bild unten.
Warum hat ein niedrig gelegener Bereich eine geringere thermische Trägheit? Andere Studien zeigen, dass die Region auch radarhell ist. Warum ist das so? Die Forscher kamen auf drei Möglichkeiten.
Das Tiefland könnte metallreich sein, aber mit feinem, porösem Regolith bedeckt sein, das seine thermische Trägheit im Vergleich zu dem mit gröberem Regolith bedeckten Hochland verringert. Die thermische Trägheit nimmt mit der Partikelgröße zu. In diesem Szenario hätte sich feinkörniger Regolith im Tiefland angesammelt.
„Teiche aus feinkörnigem Material wurden auf kleinen Asteroiden gesehen, deren Schwerkraft gering genug ist, damit Einschläge die Oberfläche erschüttern und feinere Materialien ansammeln können“, sagte Cambioni. „Aber Psyche ist ein großer Körper. Wenn sich also feinkörniges Material auf dem Boden der Vertiefung angesammelt hat, ist das interessant und etwas mysteriös.“
Die zweite Hypothese ist, dass das Oberflächenmaterial, das das Tiefland bedeckt, poröser ist als das Hochland. Die thermische Trägheit nimmt mit zunehmender Porosität des Gesteins ab. Impaktbrüche könnten das Tiefland auch poröser machen.
Die dritte Hypothese ist, dass das Tiefland mehr silikatreiche Materialien aufweist als das Hochland, was ihnen eine niedrigere Dielektrizitätskonstante verleiht als einige Gebiete des Hochlands. Die Idee ist, dass die Bravo-Golf-Senke durch einen Aufprall mit einem silikatreichen Impaktor entstanden sein könnte und silikatreiche Rückstände hinterlassen hätte.
Insgesamt zeigt die Studie, dass die Oberfläche von 16 Psyche mit einer Vielzahl von Materialien bedeckt ist. Es trägt auch zu anderen Beweisen bei, die zeigen, dass der Asteroid reich an Metallen ist, obwohl die Häufigkeit von Metallen und Silikaten in verschiedenen Regionen erheblich variiert.
Es deutet auch darauf hin, dass der Asteroid ein Überbleibsel eines differenzierten Körpers sein könnte, der seinen Mantel und seine Kruste vor langer Zeit verloren hat.
“Zusammenfassend liefern wir Beweise dafür, dass Psyche ein metallreicher Asteroid ist, dessen Oberfläche heterogen ist, sowohl Metall- als auch Silikatmaterialien aufweist und sich durch Einschläge entwickelt zu haben scheint”, schlussfolgern die Autoren.
Simone Marchi ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Southwest Research Institute und Mitforscherin der NASA-Mission Psyche. Marchi war an dieser Studie nicht beteiligt, kommentierte ihre Bedeutung jedoch in einer Pressemitteilung. „Diese Daten zeigen, dass die Oberfläche von Psyche heterogen ist, mit möglichen bemerkenswerten Variationen in der Zusammensetzung. Eines der Hauptziele der Psyche-Mission ist es, die Zusammensetzung der Asteroidenoberfläche mit ihrem Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer und einem Farbbildgeber zu untersuchen. Also, Das mögliche Vorhandensein von kompositorischen Heterogenitäten ist etwas, das das Psyche Science Team unbedingt weiter untersuchen möchte.”
Es liegt an der Psyche-Mission der NASA, diese Ergebnisse strenger zu bestätigen.
Aber ein Raumschiff den ganzen Weg nach Psyche zu schicken, um es genauer zu verstehen, bedeutet mehr als nur Psyche selbst.
Wenn Psyche der verbliebene Kern eines felsigen, differenzierten Planetesimals ist, wird es etwas über unseren Planeten verraten und wie sich differenzierte Körper bilden. Wird es einige der gleichen leichten Elemente enthalten, die wir im Erdkern erwarten? Der Erdkern ist nicht dicht genug, um aus reinem Eisen und Nickel zu bestehen. Wissenschaftler glauben, dass es leichtere Elemente wie Schwefel, Silizium, Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff enthält.
Die Psyche-Mission wird auch feststellen, ob der Asteroid unter stärker oxidierenden oder stärker reduzierenden Bedingungen als der Erdkern entstanden ist. Das wird uns mehr über den Sonnennebel und die protoplanetare Scheibe verraten.
Die Leute bezeichnen Psyche manchmal als den Goldminen-Asteroiden, weil er so metallreich ist. Ein Objekt seiner Größe würde eine enorme Menge Eisen enthalten, obwohl es unwahrscheinlich ist, dass dieser Wert in absehbarer Zeit realisiert oder zugänglich wird.
Aber wenn Wissen so wertvoll ist wie Eisen, dann könnte 16 Psyche immer noch eine Goldmine sein.
Dieser Artikel wurde ursprünglich von Universe Today veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.