7 Minutės
Senoviniai fragmentai ir netikėtas pirštų atspaudas
Saulės sistema susiformavo maždaug prieš 4,6 milijardo metų iš besisukančio dujų ir dulkių disko. Asteroidai yra vieni geriausiai išsilaikiusių to laikotarpio likučių: maži kūnai, saugantys informaciją apie ankstyvą planetų formavimąsi, smūgius ir cheminę diferenciaciją. Tyrėjai klasifikuoja asteroidus pagal juos atspindimos šviesos savybes — spektrus — kurie atskleidžia paviršiaus mineralus, pavyzdžiui metalus, silikatus ar angliavandinę medžiagą. Šios spektrinės klasės (žymimos raidėmis, pvz., M, K, C ir kt.) padeda astronomams žemėlapyje nurodyti asteroidų populiacijų įvairovę ir kilmę.
Naujas tyrimas, vadovaujamas IPAC mokslininko Joe Masiero ir paskelbtas The Planetary Science Journal, panaudojo kitą stebėjimų ašį — atspindėtos šviesos poliarizaciją — kad susietų dvi, atrodytų, skirtingas asteroidų klases. Nustebinantis rezultatas: tiek M tipo (metalu turtingi), tiek K tipo (silikatais turtingi) asteroidai rodo tą patį retą paviršinį uždangą: troilitą, geležies sulfido (FeS). Tas troilito „pirštų atspaudas“, kuris yra retiškas žiedo plote, veikia kaip ryšio ženklas tarp objektų, kurie išoriškai atrodo cheminiais požiūriais skirtingi.
„Asteroidai suteikia galimybę pažvelgti į tai, kas vyko ankstyvojoje Saulės sistemoje, tarsi sustabdytu kadru — sąlygų, egzistavusių, kai susiformavo pirmieji kietieji kūnai,“ sakė Masiero. Tyrimas naudoja artimojo infraraudonojo spektro poliarizacijos matavimus, kad ištirtų paviršiaus mineralus, kurių įprasti atspindžio spektrai gali nepastebėti, suteikdamas naują dimensiją asteroidų nuotoliniam tyrimui.
Ši nuotrauka rodo, kaip asteroidas atrodytų skirtingomis fazėmis priklausomai nuo jo padėties Saulės atžvilgiu, panašiai kaip Mėnulis turi fazes. Kreditas: Caltech/IPAC/K. Miller
Asteroidų klasifikacija, regolitas ir stebėjimų iššūkiai
Spektrinės asteroidų klasės yra vertingos, bet nevisapusiškos. M tipo asteroidai demonstruoja spektrinį elgesį, suderinamą su gausiu metalu, tuo tarpu K tipo asteroidai atskleidžia silikato požymius, primenančius tam tikras meteoritų grupes. Vis dėlto asteroido išvaizda spektre priklauso nuo daugelio veiksnių, ne tik chemijos: regolito dalelių dydžio ir porėtumo (laisvų dulkių, akmenėlių ir riedulių sluoksnio), objekto formos ir sukimosi, kosminio oro poveikio ir fazės kampo — Saulė–asteroidas–Žemė geometrijos stebėjimo metu. Šie kintamieji gali uždengti arba pakeisti diagnostines spektrines savybes.
Kadangi fazės kampas veikia tiek ryškumą, tiek spektrines savybes, du objektai su skirtinga bendrąja sudėtimi kartais gali atrodyti panašesni — arba atvirkščiai — priklausomai nuo stebėjimo geometrijos. Ši dviprasmybė paskatino Masiero ir bendradarbius pridėti poliarizaciją kaip papildomą diagnostinį rodiklį. Poliarizacija matuoja šviesos bangų pageidaujamą orientaciją po atspindžio ir reaguoja į paviršiaus tekstūrą, grūdelių sudėtį ir dalelių dydį taip, kaip spektrinis atspindys ne visada atskleidžia.
„Nors spektrai rodo, kad ant šių objektų paviršiaus yra skirtingų mineralų, mes stengiamės išsiaiškinti, kiek iš tikrųjų šie kūnai skiriasi,“ paaiškino Masiero. „Norime atsukti laikrodį atgal iki jų susidarymo laiko ir suprasti, kokiomis sąlygomis jie formavosi ankstyvojoje Saulės sistemoje.“
Ši animacija rodo, kaip asteroidas atrodytų skirtingomis fazėmis priklausomai nuo jo padėties Saulės atžvilgiu, panašiai kaip Mėnulis turi fazes. Kreditas: Caltech/IPAC/K. Miller
Poliarizacijos naudojimas troilitui aptikti ir protėvių kūnams identifikuoti
Poliarizacija kaip trečia stebėjimų ašis
Poliarizacija apibūdina šviesos bangų orientaciją ir dažnai naudojama atmosferos bei planetų tyrimuose. Skirtingi mineralai poliarizuoja atspindėtą šviesą skirtingai pagal bangų ilgį ir stebėjimo geometriją. Masiero naudojo artimojo infraraudonojo regiono poliarizacijos matavimus su WIRC+Pol instrumentu Caltech Palomaro observatorijoje, kad pamatuotų, kaip poliarizacijos laipsnis ir kampas keičiasi su fazės kampu M ir K tipo asteroidų mėginyje.
Skirtingai nei ryškumas ar spektrinis nuolydis, poliarizacija gali atskleisti subtilias įnašas iš mažų ar permatomų grūdelių ant paviršiaus, įskaitant dangas ir dulkių sluoksnius, kurie gali nedominuoti atspindžio spektruose. Šiame tyrime poliarizacijos pokyčiai su fazės kampu parodė nuoseklų atsaką tiek M, tiek K tipo tikslinei grupei, kuris atitinka laboratorinius ir teorinius lūkesčius dėl paviršių, padengtų troilitu (geležies sulfidu).
„Poliarizacija suteikia įžvalgų apie asteroidų mineralus, kurių negalime gauti vien tik iš to, kaip gerai asteroidas atspindi saulės šviesą ar koks yra atspindimos šviesos spektras,“ sakė Masiero. „Poliarizacija suteikia trečią ašį, kuria galima klausti apie paviršiaus mineralogiją nepriklausomai nuo ryškumo ar spektrinės informacijos.“
Stebėjimai Palomare
Masiero pabrėžė Palomaro reikšmę: „Palomar yra puiki observatorija. Puiku bendradarbiauti su stebėjimų komanda ten; teleskopo operatoriai ir palaikantys astronomai tikrai padeda užtikrinti, kad gautum geriausius įmanomus duomenis. Man reikalingiems infraraudonųjų spindulių poliarizacijos duomenims nėra kito instrumento, kuris galėtų eiti tiek giliai. Tai yra ypatybė, būdinga tik Palomarui.“ WIRC+Pol instrumentas leido tiksliai matuoti artimojo infraraudonojo spektro poliarizaciją silpniems asteroidų tikslams, išplėsdamas poliarizacijos diagnostikos taikymo sritį į spektrinį regioną, mažiau paveiktą kosminio oro poveikio.
Pasekmės: bendri protėvių kūnai ir paviršiniai procesai
Troilito turtingos dulkių dangos aptikimas tiek ant M, tiek ant K tipo asteroidų rodo bendrą istoriją. Troilitas nėra visur žiedo plote, todėl jo buvimas abiejose sudėtinėse klasėse nurodo vieną iš dviejų galimų scenarijų: arba šie asteroidai yra fragmentai iš skirtingų to paties didesnio diferencijuoto protėvio kūno sluoksnių (su metalu turtingu branduoliu, silikatiniu mantu ir troilitą turinčiomis dalimis), arba po katastrofinio suskaidymo fragmentus apgaubė plačiai išplitusi troilito dulkių plazda.
Ši sluoksniavimo idėja primena Žemės vidinę struktūrą: diferencijuotas tėvų asteroidas galėtų pagaminti metalu turtingus fragmentus (panašius į branduolio medžiagą) ir silikatinius fragmentus (manto ar žievės medžiagą). Troilito sluoksnis ar dulkių plona apdanga, susidariusi kaitinimo, dalinio lydymo ar smūginių procesų metu, galėjo nusėsti ant daugelio fragmentų, palikdama diagnostinį paviršinį uždangą, matomą per poliarizaciją.
Bet kuri interpretacija turi svarbių pasekmių ankstyvosios Saulės sistemos dinamikos, susidūrimų evoliucijos modeliams ir sulfidinių mineralų pasiskirstymui tarp mažųjų kūnų. Jei troilitu padengti fragmentai kilę iš didelių diferencijuotų planetesimalų vidurių, šie rezultatai suteikia naujus stebėjimo apribojimus tam, kiek plačiai vyko diferenciacija ir vidinis kaitimas ankstyvųjų Saulės sistemos kūnų tarpe.
Eksperto įžvalga
Dr. Lina Torres, astrofizikė, specializuojanti mažųjų kūnų paviršiuose, komentuoja: „Poliarimetrija yra nepakankamai naudojama, bet galinga priemonė asteroidų moksle. Šis tyrimas parodo, kad derinant poliarizaciją su spektroskopija ir terminiais matavimais galime atskirti paviršiaus uždangas nuo bendros sudėties. Troilito ryšys yra įtikinamas, nes pateikia testuojamą prognozę: meteoritų kolekcijos ir ateities mėginių grąžinimo misijos galėtų ieškoti atitinkančių troilito požymių ir grūdelių dydžio pasiskirstymo. Tai tiesiogiai sujungtų nuotolinius tyrimus su laboratorine analize.“
Toks daugdisciplininis požiūris — derinant teleskopinę poliarimetriją, spektroskopiją, meteoritų geochemiją ir kosminių aparatų mėginių ėmimą — bus būtinas, norint iššifruoti sudėtingas istorijas, kurias saugo mažieji kūnai.
Išvada
Palomaro poliarizacijos matavimai atskleidė retą troilito dulkių parašą, bendrą tiek M, tiek K tipo asteroidams, o tai leidžia manyti, kad šios išoriškai skirtingos bylos gali turėti bendrą kilmę arba patyrė tą patį po skilimo susidariusių dulkių padengimo procesą. Pridėjus poliarizaciją kaip trečią stebėjimų ašį kartu su ryškumu ir spektrine forma, mokslininkai įgyja jautrumą paviršiaus dangoms ir grūdelių savybėms, kurios gali slėptis už įprastų spektrų. Šie radiniai sustiprina hipotezę, kad daug asteroidų yra didesnių, diferencijuotų protėvių fragmentai, ir pabrėžia integruotų stebėjimų bei mėginių analizės svarbą rekonstruojant Saulės sistemos susiformavimo susidūrimus ir cheminę evoliuciją.
„Negalite atidaryti Žemės, kad pamatytumėte, kas yra viduje, bet galite pažvelgti į asteroidus — likusius gabalus ir komponentus iš Saulės sistemos formavimosi — ir naudoti juos, kad pamatytumėte, kaip buvo pastatytos mūsų planetos,“ sakė Masiero.
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai