Westa i Ceres – co o nich wiemy po misji Dawn?

0
Koncepcja artystyczna statku kosmicznego NASA Dawn z Ceres i Westą. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Podczas swojej dziesięcioletniej podróży sonda Dawn obserwowała świat planetoidy Westa i planety karłowatej Ceres, zbierając szczegółowe dane o dwóch fascynujących ciałach z głównego pasa asteroid. Wstępne dane z naziemnych teleskopów i Kosmicznego Teleskopu Hubble’a dostarczyły pewnych informacji o tym, co możemy znaleźć na tych dwóch ciałach, chociaż nigdy nie były badane z bliska. Zebrane w wysokiej rozdzielczości dane Dawn oferują wyraźniejszy obraz geologii Westy i Ceres, zapewniając wgląd w ich historię. W jaki sposób misja NASA Dawn ukształtowała i zmieniła nasze rozumienie tych odległych światów?

Westa

Westa jest najbardziej masywną planetoidą z pasa pomiędzy Marsem a Jowiszem. Jej średnia średnica (Westa nie ma kształtu kulistego, ale raczej elipsoidalny) to ok. 525 km. Jądro planetoidy zbudowane jest z żelaza i niklu, a na powierzchni występuje bazaltowy regolit, czyli luźna, zwietrzała skała.

Zanim sonda Dawn odwiedziła Westę, swój pierwszy przystanek w podróży międzyplanetarnej, naukowcy byli w stanie wyciągnąć wnioski na temat tego, jak może wyglądać ta planetoida z badań meteorów, które mogły pochodzić z Westy oraz z danych teleskopów. Bazalt w takich meteorytach sugerował, że planetoida miała magmową historię. Taka gorąca historia sugerowała również, że jej wnętrze jest zróżnicowane na odrębne kompozycyjnie warstwy w oparciu o gęstość. Ogólnie rzecz biorąc, Dawn miała być suchym, skalistym światem z gorącą historią, zgodnie z innymi podobnymi ciałami Układu Słonecznego.

Mozaika przedstawiająca Westę sfotografowaną przez sondę Dawn. Źródło: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Te prognozy były w większości poprawne, chociaż dane Dawn ujawniły kilka nieprzewidzianych cech. Obrazy z Hubble’a uchwyciły jego półkulę południową o nieregularnym kształcie, będącą wynikiem kolosalnego uderzenia, które utworzyło basen Rheasilvia. W centrum tego krateru znajduje się wzniesienie o wysokości dwukrotnie przewyższającej Mt. Everest – to najwyższa struktura dostrzeżona na Weście, mająca 22 kilometry.

Kamera sondy Dawn odkryła, że ​​jej południowa półkula została pokryta osadami z tej kolizji, pozostawiając o wiele mniej kraterów niż na jej północnej półkuli. Dawn znalazła również koryta otaczające równik Westy z dwoma gigantycznymi basenami, Rheasilvią i Veneneia. Energia uderzeń, które tworzyły te baseny, wysyłała fale przez wnętrze Vesty, które utworzyły koryta. Uformowanie tych koryt wymagało wewnętrznych różnorodnie warstw, które inaczej reagują na naprężenie, wspierając hipotetyczne zróżnicowanie Westy. Dane grawitacji Dawn potwierdzają tą hipotezę.

Dawn potwierdziła również inną hipotezę, że meteoryt z Howardite-eucrite-diogenite (HED) – klasa meteorytów, która stanowi aż 6 procent tych znalezionych na Ziemi – pochodzi z Westy. Te meteoryty były pierwotnie obecne w różnych warstwach wnętrza Westy, zanim zostały wyrzucone w kosmos przez uderzenia, takie jak Rheasilvia. Zderzenia są prawdopodobnie również odpowiedzialne za wprowadzenie obcej materii na powierzchnię Westy. Chociaż Hubble zaobserwował zmienność albedo Westy (odbicie powierzchniowe), sonda Dawn znalazła nieoczekiwanie wyraźne ciemne plamy. Ich nie-losowy rozkład wydaje się wskazywać, że są one wynikiem uderzeń przez asteroidy węglowe, które dostarczyły ciemniejszy materiał na Westę i inne uderzenia, które stopiły powierzchnię Westy, przyciemniając tamten materiał. Jaśniejszy materiał na powierzchni Westy został prawdopodobnie odsłonięty i rozproszony przez uderzenia. Asteroidy prawdopodobnie dostarczyły także nieoczekiwanego wcześniej uwodnionego materiału, który znalazła Dawn.

Dzięki spektrometrii neutronowej i gamma udało się poznać skład pierwiastkowy planetoidy do głębokości metra. Wykazano, że pod powierzchnią części planetoidy jest obecny wodór. Sygnatury wodoru występują prawdopodobnie w postaci grupy hydroksylowej lub molekuł wody związanych z materiałem skalnym. Naukowcy sądzą, że na Weście sporadycznie powstaje woda. Dzieje się tak, gdy uderzają w nią odłamki skalne. Wówczas ciepło powstałe wskutek kolizji prowadzi do przemian wodoru, pojawia się woda, która odparowuje.

Poza kraterami i dolinami, na Weście odkryto inne ciekawe cechy powierzchni, w tym olbrzymie stoki i osunięcia ziemi, których nie można było dostrzec z odległych teleskopów ziemskich. Ogólnie rzecz biorąc, dane Dawn potwierdzają wiele wcześniejszych hipotez dotyczących Westy, a jednocześnie ukazują ciekawe cechy Westy i ujawniają nieoczekiwane wcześniej procesy.

Wirtualny lot ponad planetoidą Westa:

Jak by to było latać ponad planetoidą Westa? Animatorzy z Niemieckiego Centrum Aeronautyki i Lotów Kosmicznych korzystając z rzeczywistych zdjęć i danych wysokościowych z misji NASA Dawn wizytującej Westę wygenerowali taki wirtualny film. Wideo zaczyna się sekwencją ponad Divalia Fossa, niezwykłą parą koryt biegnących równolegle poprzez gęsto pokryty kraterami teren. Następnie wirtualny statek bada sześćdziesięciokilometrowy Krater Marcia ukazując liczne barwne szczegóły. Na koniec obrazy Dawna zostały cyfrowo przekształcone, by powiększając wysokość lepiej pokazać wznoszącą się na pięć kilometrów górę planetoidy, Aricia Tholus.

Ceres

Ceres to planeta karłowata krążąca wewnątrz pasa planetoid między orbitami Marsa i Jowisza. Ma średnicę 950 km i jest największym z ciał krążących wewnątrz tego pasa.

Podczas gdy obserwacje Westy przez sondę Dawn ogólnie poparły istniejące hipotezy, dostarczając więcej szczegółów do wypełnienia luk, mniej było wiadomo o Ceres. W rzeczywistości większość tego, co wiemy o planecie karłowatej, jest zasługą misji Dawn.

Początkowe obliczenia sugerowały, że Ceres można podzielić na warstwy, ale skład tych warstw był nieznany. Przy niskiej średniej gęstości Ceres miała mieć duże ilości lodu pod powierzchnią. Odległe obserwacje wykazały również, że Ceres ma stosunkowo gładką powierzchnię.

Planeta karłowata Ceres. Dwie słynne tajemnicze jasne plamy w ceresjańskich kraterach Oxo i Haulani widoczne są blisko środka oraz na prawo od środka powyższego ujęcia. Natomiast na dole zdjęcia wiele mówiący cień rzuca stożkokształtna, samotna góra Ahuna Mons. Źródło i licencja: NASA, JPL-Caltech, UCLA, MPS,DLR,IDA

Dawn odmieniła nasze wyobrażenia o Ceres. Dane grawitacyjne potwierdziły, że Ceres ma zróżnicowane wnętrze na skaliste jądro i skorupę lodu wodnego, pokrytego warstwą zewnętrzną z lekkich minerałów. Dawn znalazła również dowody na obecność gazów uwięzionych w krystalicznej strukturze cząsteczek wody, które przyczyniają się do niezwykłej wytrzymałości i niskiej gęstości skorupy Ceres.

Podczas gdy większość powierzchni Ceres jest stosunkowo gładka, ze względu na półpłynną podpowierzchniową warstwę lodową, Dawn znalazła jedną wielką górę, której wcześniej nie widziano. Mierząc około 4 km wysokości Ahuna Mons jest prawie tak wysoka, jak Mount Whitney w Kalifornii. Jej dobrze zdefiniowany kształt kopuły, podobny do wulkanów na Ziemi, sugeruje, że prawdopodobnie powstał on wskutek aktywności kriowulkanicznej (to znaczy, gdy błotnisty lód został wyrzucony z wnętrza Ceres i zamarzł na jego powierzchni). Chociaż kriowulkanizm może być obecny na innych lodowych światach, obserwacje Dawn sprawiają, że Ahuna Mons jest najbliższym znanym kriowulkanem w Układzie Słonecznym. Ahuna Mons jest również dowodem niedawnej aktywności geologicznej (w ciągu ostatnich 100 milionów lat lub mniej), czyniąc z Ceres jedną z kilku ciał w Układzie Słonecznym, które wykazują oznaki niedawnej aktywności.

Ahuna Mons to najwyższy szczyt na największej ze znanych planetoid w naszym Układzie Słonecznym, Ceres, która krąży wokół Słońca w głównym pasie asteroid pomiędzy Marsem a Jowiszem. Ahuna Mons jest jednak czymś, czego my jako ludzkość nigdy dotąd nie widzieliśmy. Po pierwsze, jego stoki są przyozdobione nie starymi kraterami, a raczej młodymi pionowymi smugami Jedna z hipotez głosi że Ahuna to lodowy wulkan uformowany na krótko po wielkim uderzeniu w przeciwną półkulę tej karłowatej planety, co miałoby zmienić tamtejszą rzeźbę terenu przez silnie skupione fale sejsmiczne. Widoczne tu, jasne smugi mogą być wysoko odbijającymi światło obszarami solanek, co czyni je podobnymi do innych niedawno wytopionych z powierzchni materiałów, takich jak te widoczne w słynnych jasnych plamach na Ceres. Pokazane tutaj obraz został cyfrowo przetworzony i ma podwojoną wysokość. Został wykonany na bazie map powierzchni Ceres wykonanych przez sondę Dawn. Źródło: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Obrazy teleskopu Hubble’a świadczą o kilku jaśniejszych obszarach na powierzchni Ceres. Kiedy Dawn przyjrzała się im bliżej, naukowcy postawili hipotezę, czym mogą być te jasne punkty. Gdy Dawn zeszła na niższe orbity, stało się jasne, że te plamy były w rzeczywistości solnymi osadami, które powstały, gdy zasolona woda z dolnej powierzchni Ceres uległa sublimacji, pozostawiając sole. Inne obserwacje wykonane przez Obserwatorium Kosmiczne Herschel Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) pokazały niewielką ilość pary wodnej wokół części Ceres, co doprowadziło niektórych naukowców do hipotezy, że może ona mieć słabą atmosferę lub nawet ciągłą aktywność kriowulkaniczną. Prawdopodobnie zderzenia naładowanych cząsteczek ze Słońca z lodem wodnym na Ceres uwalniają gaz w postaci pary wodnej, co wytwarza przejściową słabą atmosferę.

Dane spektroskopowe Dawn potwierdziły obecność amoniaku na powierzchni Ceres, co sugerowano w obserwacjach teleskopowych w latach 90-tych. Warunki w głównym pasie asteroid powinny być zbyt ciepłe dla amoniaku, który wymaga znacznie zimniejszych warunków, tworząc pytania o jego pochodzenie. Ceres mogła utworzyć się w chłodniejszym zewnętrznym Układzie Słonecznym, zanim przewędrowała do swojej aktualnej pozycji, albo amoniak mógł zostać przyniesiony na Ceres przez ciała z zewnętrznego Układu Słonecznego, komplikując wcześniejsze koncepcje dotyczące historii planetoidy.

Dawn potwierdziła również obecność węglanów na Ceres. Węglany, które zwykle tworzą się w ciepłej cieczy, często znajdują się w meteorytach, które prawdopodobnie pochodzą z asteroid utworzonych z dużej ilości wody. Detekcja różnorodności węglanów na Ceres dodatkowo potwierdza istnienie dużego oceanu we wczesnej historii tej planety karlowatej. Ceres może być nawet wystarczająco ciepła, aby pod powierzchnią wciąż mieć niewielką ilość wody w stanie ciekłym. Ten potencjał dla ciekłej wody, w połączeniu z substancjami organicznymi, które Dawn znalazła w Kraterze Ernutet, czyni Ceres interesującą dla tych, którzy badają chemię prowadzącą do narodzin życia.

Dawn dostrzegła związki organiczne dzięki spektrometrowi podczerwieni oraz światła widzialnego. Wykryte związki to przede wszystkim metan, aminokwasy oraz węglowodory. Obszar, w którym zaobserwowano związki, obejmuje ponad 1000 kilometrów kwadratowych.

Koniec misji Dawn

Podczas gdy Dawn odpowiadała na wiele pytań dotyczących Westy i Ceres, jej odkrycia wywołały wiele pytań, na które Dawn nie może odpowiedzieć. Choć misja Dawn się skończy, jej osiągnięcia i odkrycia inspirują dalsze badania tych dwóch światów. Sonda Dawn pozostanie na stabilnej orbicie wokół Ceres do czasu, aż wyczerpią się jej zapasy paliwa w drugiej połowie 2018 roku.

Źródło: NASA Jet Propulsion Laboratory