Föreställ dig en tid i solsystemets förflutna där asteroiderna inte var fast berg, utan klatter av smält järn. Det låter konstigt, men det kan ha varit fallet. Och under de rätta förhållandena skulle några av dessa asteroider ha väckt vulkaner. En av dessa asteroider, Psyche, är destinationen för ett NASA-uppdrag.
Det är slutsatsen som forskare vid University of Santa Cruz kom till i en ny studie som snart kommer att publiceras i Geophysical Research Letters.
Forskarna är Francis Nimmo, professor i jord- och planetenskap vid University of California, Santa Cruz (UCSC) och doktorand Jacob Abrahams. De inledde denna forskning på grund av NASA: s planer på att skicka ett rymdskepp till asteroiden Psyche. Psyche är en unik asteroid; inte bara är det den största asteroiden i vårt solsystem, utan det verkar vara den utsatta järn- och nickelkärnan i en tidig planet.
I kaoset i det tidiga solsystemet kolliderade bitar av sten och ibland kombinerades. Med tiden bildade de större och större bitar som så småningom bildades till de steniga planeterna. I fullformade planeter som Jorden begravs järn- och nickelkärnan under en silikatskorpa. Det är detsamma på alla markplaneter och månar och på de flesta asteroider.
Men vissa planetesimaler skulle ha lidit katastrofala kollisioner, och deras yttre skikt skulle ha tagits bort och lämnat den exponerade smälta järnrika kärnan. Den kärnan skulle ha svalnat i de frigida temperaturerna i rymden, med ytan troligen förstamning först. Det här är vad de tror hände med Psyche.
"En dag vände han sig mot mig och sa:" Jag tror att dessa saker kommer att bryta ut. "
Professor Francis Nimmo, UCSC Earth and Planetetary Sciences.
I förväg för NASA: s uppdrag till Psyche blev Nimmo intresserad av metalliska asteroider. Han var intresserad av deras sammansättning, och i vilka ledtrådar till den sammansättningen som kan tillhandahållas av meteoriter här på jorden. Han hade fått doktoranden Jacob Abrahams som kör några modeller av hur asteroiderna bildades och kyldes.
Det visar sig att åtminstone några av dessa asteroider skulle ha upplevt vulkanutbrott av smält järn.
”En dag vände han sig mot mig och sa:” Jag tror att dessa saker kommer att bryta ut, ”sade Nimmo i ett pressmeddelande. "Jag har aldrig tänkt på det förut, men det är meningsfullt eftersom du har en flytande vätska under en tät skorpa, så vätskan vill komma upp till toppen."
Dessa ferro-vulkaner skulle inte ha utbrott på alla dessa utsatta kärnstersteroider. De skulle ha varit tillräckligt massiva för att ytan kyldes och stelnade snabbt medan kärnan förblev smält. Men inte alla skulle ha uppfört sig på det sättet.
"I vissa fall skulle det kristallisera från mitten och ut och skulle inte ha vulkanism, men vissa skulle kristallisera uppifrån och ner, så du skulle få ett massivt metallark på ytan med flytande metall under," sade Nimmo.
I dessa metalliska asteroider skulle den stelnade skorpan ha komprimerat den flytande, smälta kärnan. Det skulle ha hållit det smälta järnet låst in i kärnan. Men över tiden skulle det ha skett förändringar i jordskorpan.
Skorpan skulle svalna och komprimering och kylning skulle ha bildat spänningssprickor och fel i jordskorpan. Den smälta kärnan var mer flytande och skulle vara under tryck. När sprickor och fel bildades skulle det smälta järnet ha rymt och skapat ferro-vulkaner.
"... ingenting som de tjocka, viskösa lavaflödena du ser på Hawaii."
Professor Francis Nimmo, UCSC Earth and Planetetary Sciences.
Vi vet inte hur exakt dessa ferro-vulkaner skulle ha sett ut. Men enligt de två forskarna finns det åtminstone ett par möjligheter. till stor del beroende på sammansättningen av det smälta berget.
"Om det mestadels är rent järn, skulle du ha utbrott med lågviskosytytor som sprider sig ut i tunna skivor, så ingenting som de tjocka, viskösa lavaflödena du ser på Hawaii," sade Abrahams. "I det andra extrema, om det finns lätta element blandade in och gaser som expanderar snabbt, kan du ha explosiv vulkanism som kan lämna gropar i ytan."
Det är osannolikt att NASA: s Psyche-uppdrag kommer att kunna se några tydliga bevis på denna ferro-vulkanism. Det hände allt för miljarder år sedan, och kollisioner och slitage skulle ha format ytan på asteroider som Psyche sedan dess. "Det är inte klart hur de kan se ut nu," sade Abrahams.
Men det kan fortfarande finnas några tecken på dessa ferro-vulkaner. Det kan vara variationer i materialets färg på ytan. Det kan till och med finnas några vulkaniska ventilationsöppningar. Men förvänta dig inte några lavakottar.
Psyche-uppdraget handlar inte helt om att hitta bevis på vulkanisk aktivitet; det har andra vetenskapliga mål. I själva verket, enligt Nimmo, kan det bästa stället att hitta bevis på ferro-vulkanisk aktivitet på asteroider som Psyche vara i metalliska asteroider här på jorden.
"Det finns många av dessa metalliska meteoriter, och nu när vi vet vad vi letar efter kan vi hitta bevis på vulkanism i dem," sade Nimmo. ”Om material bröt ut på ytan, skulle det svalna mycket snabbt, vilket skulle återspeglas i sammansättningen av meteoriten. Och det kan ha hål kvar i gasen.
Paret av forskare presenterade dessa resultat vid en nyligen genomförd Lunar- och Planetary Science-konferens och fann att en annan forskargrupp hade kommit till samma slutsats. Här finns en sammanfattning av teamets resultat.
Dessa är intressanta resultat, delvis på grund av den bild de målar. En planetesimal eller proto-planet som reser genom det forntida solsystemet genomgår en katastrofal kollision. Ytan avdrivs och lämnar endast en smält kärna. Ytan svalnar, fångar den smälta kärnan under, bara för att fly i ferro-vulkaner när spänningar tvingar sprickor i ytan.
"Det är inte en chockerande idé, men vi har bara aldrig tänkt på järnvulkanism förut, så det är något nytt och intressant att undersöka," sade Abrahams.
NASA: s Psyche-uppdrag är planerat att sjösättas 2022. År 2026 kommer det att komma till Psyche, sedan spendera 21 månader på att kretsa om asteroiden, kartlägga dess ytfunktioner och studera dess andra egenskaper. Rymdskeppet kommer att innehålla flera instrument:
- Multispektral avbildning
- Gamma Ray and Neutron Spectrometer
- Magneto
- X-Band Gravity Science Investigation
Psyche-uppdraget kommer också att testa ett nytt laserkommunikationssystem som kallas Deep Space Optical Communication (DSOC).
Källor:
- Pressmeddelande: Järn vulkaner kan ha utbrott på metall asteroider
- Forskningsdokument: Ferrovolcanism: Iron Volcanism on Metallic Asteroids
- NASA Psyche Mission Oversikt
