7 Minuten
Senovės fragmentai ir netikėtas pirštų atspaudas
Saulės sistema susiformavo maždaug prieš 4,6 mlrd. metų iš besisukančio dujų ir dulkių disko. Asteroidai yra geriausiai išsaugoti to laikotarpio likučiai: maži kūnai, saugantys informaciją apie ankstyvą planetų formavimąsi, susidūrimus ir cheminę diferenciaciją. Tyrėjai klasifikuoja asteroidus pagal šviesą, kurią jie atspindi — jų spektrus — kas atskleidžia paviršiaus mineralus, tokius kaip metalai, silikatai ar anglies turinti medžiaga. Šios spektrinės klasės (žymimos raidėmis, pvz., M, K, C ir kt.) padeda astronomams atkartoti asteroidų populiacijų įvairovę ir kilmę.
Naujame tyrime, kuriam vadovavo IPAC mokslininkas Joe Masiero ir kuris paskelbtas žurnale The Planetary Science Journal, naudojamas kitas stebėjimo matmuo — atspindėtos šviesos poliarizacija — siejo dvi iš pažiūros skirtingas asteroidų klases. Nustatymas neatspėjo lūkesčių: tiek M tipo (metalu turtingi), tiek K tipo (silikatiniai) asteroidai rodo tą patį retą paviršinį dengimą — troilitą, geležies sulfido (FeS). Šis troilito ženklas, retas asteroido juostoje, veikia kaip identifikacinis pėdsakas, susiejantis objektus, kurie kitu atžvilgiu atrodo sudėtinai skirtingi.
„Asteroidai suteikia galimybę pažvelgti, kas vyko ankstyvojoje Saulės sistemoje — tarsi sustabdytą kadrą, atspindintį sąlygas, egzistavusias pirmųjų kietų kūnų susidarymo metu,“ sakė Masiero. Tyrimas naudoja artimojo infraraudonojo diapazono poliarizacijos matavimus, kad ištirtų paviršiaus mineralus, kurių įprasti atspindžio spektrai gali nepastebėti, suteikdamas naują dimensiją asteroidų nuotoliniam tyrimui.
Ši nuotrauka iliustruoja, kaip asteroidas atrodytų skirtingose fazėse, priklausomai nuo jo padėties Saulės atžvilgiu, panašiai kaip Mėnulis turi fazes. Autoriai: Caltech/IPAC/K. Miller
Asteroidų klasifikacija, regolitė ir stebėjimo iššūkiai
Asteroidų spektrinės klasės yra vertingos, bet neišsamios. M tipo asteroidai pasižymi spektriniu elgesiu, atitinkančiu gausų metalų kiekį, tuo tarpu K tipo asteroidai demonstruoja silikatų požymius, panašius į tam tikras meteoritų grupes. Tačiau asteroido išvaizda spektruose priklauso nuo daugelio veiksnių, ne tik nuo cheminės sudėties: regolitės (laisvų dulkių, žvyro ir uolų sluoksnio) dalelių dydis ir porėtumas, objekto forma ir sukimas, kosminis vešėjimas bei fazės kampas — Saulės–asteroido–Žemės geometrija stebėjimo metu. Šie kintamieji gali užgožti arba pakeisti diagnostines spektrines savybes.
Kai kad fazės kampas veikia tiek ryškumą, tiek spektrines savybes, du objektai, turintys skirtingą bendrą sudėtį, kartais gali pasirodyti panašesni — arba labiau skirtingi — priklausomai nuo stebėjimo geometrijos. Ši nežinomybė paskatino Masiero ir jo bendradarbius papildyti stebėjimus poliarizacija kaip papildomu diagnostiniu įrankiu. Poliarizacija matuoja šviesos bangų pirminę orientaciją po atspindžio ir reaguoja į paviršiaus tekstūrą, grūdų sudėtį ir dalelių dydį taip, kaip spektrinis atspindys ne visada reaguoja.
„Nors spektrai rodo, kad ant šių objektų paviršių yra skirtingų mineralų, mes bandome nustatyti, kiek iš tikrųjų šie kūnai skiriasi,“ paaiškino Masiero. „Norime susukti laikrodį atgal į laiką, kai jie susiformavo, ir suprasti, kokiomis sąlygomis tai vyko ankstyvojoje Saulės sistemoje.“
Ši animacija parodo, kaip asteroidas atrodytų skirtingose fazėse, priklausomai nuo jo padėties Saulės atžvilgiu, panašiai kaip Mėnulis turi fazes. Autoriai: Caltech/IPAC/K. Miller
Poliarizacijos naudojimas troilitui aptikti ir protėvių kūnų nustatymas
Poliarizacija kaip trečiasis stebėjimo matmuo
Poliarizacija apibūdina šviesos bangų orientaciją ir dažnai naudojama atmosferos bei planetų tyrimuose. Skirtingi mineralai polarizuoja atspindėtą šviesą skirtingai skirtinguose bangų ilgiuose ir stebėjimo kampuose. Masiero naudojo artimojo IR poliarizacijos matavimus su WIRC+Pol įrenginiu Caltech Palomar observatorijoje, kad ištirtų, kaip poliarizacijos laipsnis ir kampas kinta priklausomai nuo fazės kampo mėginyje, sudarytame iš M ir K tipo asteroidų.
Skirtingai nei ryškumas ar spektrinis nuolydis, poliarizacija gali atskleisti subtilias mažų arba skaidrių grūdų įnašas ant paviršiaus, įskaitant denginius ir dulkes, kurios gali nevyrauti atspindžio spektruose. Šiame tyrime poliarizacijos pokyčiai priklausomai nuo fazės kampo parodė nuoseklų atsaką tiek M, tiek K tipo taikiniuose, atitinkantį laboratorines ir teorines prognozes paviršiams, padengtiems troilitu (geležies sulfidu).
„Poliarizacija suteikia įžvalgų apie asteroiduose esančius mineralus, kurių negalime gauti vien tik iš to, kiek gerai asteroidas atspindi saulės šviesą arba koks yra atspindėtos šviesos spektras,“ sakė Masiero. „Poliarizacija suteikia trečią ašį, kurios pagalba galime užduoti klausimus apie paviršiaus mineralogiją, nepriklausomai nuo ryškumo ar spektro informacijos.“
Stebėjimai iš Palomar
Masiero pabrėžė Palomar observatorijos vaidmenį: „Palomar yra puiki įstaiga. Puiku bendradarbiauti su stebėjimų komanda ten; teleskopo operatoriai ir palaikymo astronomai tikrai padeda užtikrinti, kad gautum geriausius įmanomus duomenis. Dėl artimojo IR poliarizacijos duomenų, kurių man reikėjo, nėra kito instrumento, galinčio pasiekti panašų gylį. Tai unikalus Palomar privalumas.“ WIRC+Pol įrenginys leido tiksliai išmatuoti silpnų asteroidų artimojo infraraudonojo diapazono poliarizaciją, išplėsdamas poliarizacijos diagnostiką į spektrinį regioną, mažiau paveiktą kosminio vešėjimo.
Pasekmės: bendri protėviai ir paviršiaus procesai
Troilitą turinčio dulkinio dangalo aptikimas tiek M, tiek K tipo asteroidų paviršiuose rodo bendrą istoriją. Troilitas nėra visur paplitęs asteroido juostoje, todėl jo buvimas ant dviejų sudėtimi skirtingų klasių rodo vieną iš dviejų plačių scenarijų: arba šie asteroidai yra fragmentai iš skirtingų tuo pačiu didesnio protėvio kūno sluoksnių, kuris buvo diferencijuotas (metalu turtingi branduoliai, silikatų mantijos ir troilitą turintys sluoksniai), arba po katastrofiško suskyrymo fragmentus apklojo išplitęs troilito dulkių debesis.
Ši sluoksniavimo idėja analogiška Žemės vidinei sandarai: diferencijuotas protėvio asteroidas galėjo pagaminti metalu turtingus fragmentus (panašius į branduolio medžiagą) ir silikatinius fragmentus (mantijos ar žievės medžiagą). Troilito sluoksnis arba dulkinė plėvelė, susidarę kaitinimo, dalinio ištirpimo ar smūgių procesų metu, galėjo nusėsti ant daugelio fragmentų, palikdami diagnostinį paviršinį dangalą, matomą per poliarizaciją.
Bet kuris aiškinimas turi svarbių pasekmių ankstyvosios Saulės sistemos dinamikos, kolizijos evoliucijos ir sulfidų mineralų pasiskirstymo mažųjų kūnų tarpe modeliams. Jei troilitu dengti fragmentai kilę iš didelių diferencijuotų planetesimalių vidinių sluoksnių, tai šie rezultatai pateikia naujus stebėjimo apribojimus, kiek plačiai vyko diferenciacija ir vidinis įšildymas tarp ankstyvųjų Saulės sistemos kūnų.
Eksperto įžvalga
Dr. Lina Torres, astrofizikė, besispecializuojanti mažųjų kūnų paviršiuose, komentuoja: „Poliarimetrija yra mažai naudojamas, bet galingas įrankis asteroidų mokslui. Šis tyrimas parodo, kad derinant poliarizaciją su spektroskopija ir terminiais matavimais galime atskirti paviršiaus denginius nuo pagrindinės sudėties. Troilito ryšys yra įtikinamas, nes pateikia testuojamą prognozę: meteoritų kolekcijos ir būsimos mėginių parvežimo misijos galėtų ieškoti atitinkančių troilito požymių ir grūdų dydžio pasiskirstymo. Tai tiesiogiai sujungtų nuotolinį stebėjimą su laboratorine analize.“
Tokia daugiadisciplininė prieiga — jungiant teleskopinę poliarimetriją, spektroskopiją, meteoritų geochemiją ir kosminių laivų mėginių ėmimą — bus būtina, norint iššifruoti sudėtingas mažųjų kūnų istorijas, kurias jie saugo.
Išvada
Palomar stebėjimų poliarizacijos matavimai atskleidė retą troilito dulkių žymę, bendrą tiek M, tiek K tipo asteroidams, kas leidžia manyti, kad šie paviršiaus požiūriu skirtingi objektai gali turėti bendrą kilmę arba patyrė tą patį post‑suskaldymo dengimosi procesą. Pridėjus poliarizaciją kaip trečią stebėjimo ašį šalia ryškumo ir spektrinio kontūro, mokslininkai įgauna jautrumą paviršiaus dangoms ir grūdų savybėms, kurios gali slėptis po įprastiniais spektrais. Šie radiniai sustiprina hipotezę, kad daugelis asteroidų yra didesnių, diferencijuotų protėvių fragmentai, ir pabrėžia būtinybę integruoti stebėjimus bei mėginių analizę, siekiant atkurti Saulės sistemos formavimosi susidūrimus ir cheminę evoliuciją.
„Negalite atidaryti Žemės ir pasižiūrėti, kas viduje, bet galite pažvelgti į asteroidus — likusias dalis, nenaudotus komponentus iš Saulės sistemos formavimosi — ir naudoti juos, kad pamatytumėte, kaip buvo sukurti mūsų planetos,“ sakė Masiero.
Quelle: scitechdaily
Kommentare