2011 NASA: s Gryning rymdskepp etablerat omloppsbana runt den stora asteroiden (alias planetoid) känd som Vesta. Under de kommande 14 månaderna utförde sonden detaljerade studier av Vestas yta med sin svit av vetenskapliga instrument. Dessa fynd avslöjade mycket om planetoidens historia, dess ytfunktioner och dess struktur - som tros vara differentierad, som de steniga planeterna.
Dessutom samlade sonden viktig information om Vestas isinnehåll. Efter att ha tillbringat de senaste tre åren med att söka igenom sondens uppgifter har ett team av forskare tagit fram en ny studie som indikerar möjligheten till is under jord. Dessa fynd kan ha konsekvenser när det gäller vår förståelse av hur solkroppar bildades och hur vatten historiskt transporterades genom solsystemet.
Deras studie, med titeln "Orbital Bistatic Radar Observations of Asteroid Vesta by the Dawn Mission", publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation. Ledd av Elizabeth Palmer, en doktorand från västra Michigan University, förlitade teamet sig på data som erhölls av kommunikationsantennen ombord på rymdskeppet Dawn för att utföra den första orbitrala bistatiska radar (BSR) observationen av Vesta.
Denna antenn - HGA (High-Gain telecommunications Antenna) - överförde radiobandvågor från X-band under sin bana om Vesta till Deep Space Network (DSN) -antennen på jorden. Under majoriteten av uppdraget var Dawns bana utformad för att säkerställa att HGA var i sikte med markstationer på jorden. Men under ockultationer - när sonden passerade bakom Vesta i 5 till 33 minuter åt gången - var sonden utanför detta synfält.
Icke desto mindre överförde antennen kontinuerligt telemetri-data, vilket fick HGA-överförda radarvågor att reflekteras från Vestas yta. Denna teknik, känd som bistatiska radarobservationer (BSR), har tidigare använts för att studera ytorna på markkroppar som Merkurius, Venus, månen, Mars, Saturns måne Titan och kometen 67P / CG.
Men som Palmer förklarade, att använda denna teknik för att studera en kropp som Vesta var en första för astronomer:
”Det här är första gången ett bistatiskt radarexperiment genomfördes i en bana runt en liten kropp, så detta medförde flera unika utmaningar jämfört med samma experiment som gjordes vid stora kroppar som månen eller Mars. Eftersom tyngdfältet runt Vesta är mycket svagare än Mars, behöver inte Dawn-rymdskeppet kretsa med en mycket hög hastighet för att behålla sitt avstånd från ytan. Rymdfartygets omloppshastighet blir dock viktig, eftersom ju snabbare bana, desto mer förändras 'yteko' (Doppler förskjuts) jämfört med frekvensen för 'direktsignalen' (som är den obehindrade radiosignalen som reser direkt från Dawns HGA till jordens Deep Space Network-antenner utan att beta Vestas yta). Forskare kan berätta skillnaden mellan ett "yteko" och "direkt signal" genom deras frekvensskillnad - så med Dawns långsammare omloppshastighet runt Vesta var denna frekvensskillnad mycket liten och krävde mer tid för oss att bearbeta BSR-data och isolera "ytekon" för att mäta deras styrka. ”
Genom att studera de reflekterade BSR-vågorna kunde Palmer och hennes team få värdefull information från Vestas yta. Från detta observerade de signifikanta skillnader i ytradarreflektivitet. Men till skillnad från månen kunde dessa variationer i ytråhet inte förklaras med enbart krater och berodde troligen på att det finns grundis. Som Palmer förklarade:
”Vi fann att detta var ett resultat av skillnader i ytråhet i skalan på några tum. Starkare ytekon indikerar jämnare ytor, medan svagare ytekon har avvisats från råare ytor. När vi jämförde vår ytråhetskarta över Vesta med en karta över vätekoncentrationer i ytan - som mättes av Dawn-forskare med hjälp av Gamma Ray och Neutron Detector (GRaND) på rymdskeppet - fann vi att omfattande jämnare områden överlappade områden som också hade höjt väte koncentrationer!”
I slutändan drog Palmer och hennes kollegor slutsatsen att närvaron av begravd is (tidigare och / eller nuvarande) på Vesta var ansvarig för att delar av ytan var jämnare än andra. I grund och botten överförde den en hel del energi till underytan närhelst en påverkan inträffade. Om begravd is fanns där, skulle den smälta av slaghändelsen, strömma till ytan längs slaggenererade sprickor och sedan frysa på plats.
Mycket på samma sätt som månens som Europa, Ganymede och Titania upplever förnyelse av ytan på grund av hur kryovolkanism får flytande vatten att nå ytan (där det refreezes), närvaron av underjordisk is skulle göra att delar av Vesta ytan slätas ut över tid. Detta skulle till slut leda till den typ av ojämn terräng som Palmer och hennes kollegor bevittnade.
Denna teori stöds av de stora koncentrationerna av väte som upptäcktes över mjukare terrängen som mäter hundratals kvadratkilometer. Det överensstämmer också med geomorfologiska bevis som erhållits från Dawn Framing Camera-bilderna, som visade tecken på ett övergående vattenflöde över Vestas yta. Denna studie motsatte sig också några tidigare antagna antaganden om Vesta.
Som Palmer noterade kan detta också få konsekvenser när det gäller vår förståelse av solsystemets historia och utveckling:
”Asteroid Vesta förväntades ha tappat allt vatteninnehåll för länge sedan genom global smältning, differentiering och omfattande regolitträdgårdsskötsel genom påverkan från mindre kroppar. Våra resultat stöder dock idén att begravd is kan ha funnits på Vesta, vilket är en spännande möjlighet eftersom Vesta är en protoplanet som representerar ett tidigt skede i bildandet av en planet. Ju mer vi lär oss om var vatten-is finns i hela solsystemet, desto bättre kommer vi att förstå hur vatten levererades till jorden och hur mycket som var intressant för jordens inre under de tidiga stadierna av dess bildning. "
Detta arbete sponsrades av NASA: s planetary geology and geophysics-program, en JPL-baserad insats som fokuserar på att främja forskning om markliknande planeter och stora satelliter i solsystemet. Arbetet genomfördes också med hjälp av USC: s Viterbi School of Engineering som en del av en pågående ansträngning för att förbättra radar- och mikrovågsavbildning för att lokalisera vattenkällor på ytan på planeter och andra kroppar.
