I 2011 blev NASA'er Daggry rumfartøj etableret bane omkring den store asteroide (alias planetoid) kendt som Vesta. I løbet af de næste 14 måneder udførte sonden detaljerede undersøgelser af Vestas overflade med sin række videnskabelige instrumenter. Disse fund afslørede meget om planetoidens historie, dens overfladefunktioner og dens struktur - som menes at være differentieret, ligesom de stenede planeter.
Derudover indsamlede sonden vigtige oplysninger om Vestas isindhold. Efter at have brugt de sidste tre år på at søge gennem sondens data, har et forskerhold produceret en ny undersøgelse, der viser muligheden for is under jorden. Disse fund kan have konsekvenser, når det kommer til vores forståelse af, hvordan solkroppe dannede sig, og hvordan vand historisk blev transporteret gennem hele solsystemet.
Deres undersøgelse med titlen ”Orbital Bistatic Radar Observations of Asteroid Vesta by the Dawn Mission” blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation. Under ledelse af Elizabeth Palmer, en kandidatstuderende fra det vestlige Michigan University, stod teamet på data, der blev opnået ved kommunikationsantennen ombord på Dawn-rumfartøjet for at gennemføre den første orbitale bistatiske radar (BSR) -observation af Vesta.
Denne antenne - High-Gain telekommunikationsantenne (HGA) - transmitterede X-bånd radiobølger under dens bane om Vesta til Deep Space Network (DSN) antennen på Jorden. Under størstedelen af missionen var Dawns bane designet til at sikre, at HGA var i synslinjen med jordstationer på Jorden. Under okkultationer - da sonden passerede efter Vesta i 5 til 33 minutter ad gangen - var sonden ude af denne synslinje.
Ikke desto mindre transmitterede antennen kontinuerligt telemetridata, hvilket fik de HGA-transmitterede radarbølger til at reflekteres fra Vestas overflade. Denne teknik, kendt som bistatiske radarobservationer (BSR), er tidligere blevet brugt til at undersøge overfladerne på jordlegemer som Merkur, Venus, Månen, Mars, Saturns måne Titan og kometen 67P / CG.
Men som Palmer forklarede, at brug af denne teknik til at studere et legeme som Vesta var en første for astronomer:
”Dette er første gang, at et bistatisk radareksperiment blev udført i kredsløb omkring en lille krop, så dette bragte flere unikke udfordringer sammenlignet med det samme eksperiment, der blev udført ved store kroppe som Månen eller Mars. Fordi tyngdekraftsfeltet omkring Vesta for eksempel er meget svagere end Mars, behøver ikke Dawn-rumfartøjet at køre i en meget høj hastighed for at opretholde sin afstand fra overfladen. Rumfartøjets omløbshastighed bliver dog vigtig, fordi jo hurtigere bane, jo mere ændres frekvensen af 'overfladeekko' (Doppler skiftes) sammenlignet med hyppigheden af 'direkte signal' (som er det uhindrede radiosignal der rejser direkte fra Dawns HGA til Jordens Deep Space Network-antenner uden at græsser Vestas overflade). Forskere kan fortælle forskellen mellem et 'overfladeekko' og 'direkte signal' ved deres forskel i frekvens - så med Dawns langsommere orbitalhastighed omkring Vesta var denne frekvensforskel meget lille og krævede mere tid for os at behandle BSR-data og isoler 'overfladeekko' for at måle deres styrke. ”
Ved at studere de reflekterede BSR-bølger var Palmer og hendes team i stand til at få værdifuld information fra Vestas overflade. Fra dette observerede de signifikante forskelle i overfladradarreflektivitet. Men i modsætning til Månen, kunne disse variationer i overfladefremhed ikke forklares ved kun at kratere og skyldtes sandsynligvis grundisens eksistens. Som Palmer forklarede:
”Vi fandt, at dette var resultatet af forskelle i overfladenes ruhed i skala fra et par centimeter. Stærkere overfladereko indikerer jævnere overflader, mens svagere overfladeeko er sprunget ud af råere overflader. Da vi sammenlignede vores overfladegenhedskort over Vesta med et kort over brintkoncentrationer under jorden - som blev målt af Dawn-forskere ved hjælp af Gamma Ray og Neutron Detector (GRaND) på rumfartøjet - fandt vi, at omfattende glattere områder overlappede områder, der også havde øget brint koncentrationer!”
I sidste ende konkluderede Palmer og hendes kolleger, at tilstedeværelsen af begravet is (fortid og / eller nutid) på Vesta var ansvarlig for, at dele af overfladen var glattere end andre. Grundlæggende overførte det, når der skete en påvirkning på overfladen, meget energi til undergrunden. Hvis begravet is var til stede der, ville den smeltes af slaghændelsen, strømme til overfladen langs slaggenererede brud og derefter fryse på plads.
Meget på samme måde som månens som Europa, Ganymede og Titania oplever fornyelse af overfladen på grund af den måde, kryovolcanisme får flydende vand til at nå overfladen (hvor det refreezes), tilstedeværelsen af is under jorden ville få dele af Vesta 'overflade til at blive udglattet over tid. Dette ville i sidste ende føre til den slags ujævnt terræn, som Palmer og hendes kolleger var vidne til.
Denne teori understøttes af de store koncentrationer af brint, der blev påvist over glattere terræn, der måler hundreder af kvadratkilometer. Det er også i overensstemmelse med geomorfologiske beviser, der er opnået fra Dawn Framing Camera-billeder, som viste tegn på forbigående vandstrømning over Vestas overflade. Denne undersøgelse modsatte også nogle tidligere antagne antagelser om Vesta.
Som Palmer bemærkede, kan dette også have konsekvenser for vores forståelse af solsystemets historie og udvikling:
”Asteroide Vesta forventedes at have udtømt ethvert vandindhold for længe siden gennem global smeltning, differentiering og omfattende regolit-havearbejde ved påvirkninger fra mindre kroppe. Vores fund understøtter imidlertid ideen om, at begravet is kan have eksisteret på Vesta, hvilket er et spændende udsigt, da Vesta er et protoplanet, der repræsenterer et tidligt stadie i dannelsen af en planet. Jo mere vi lærer om, hvor vand-is findes i hele solsystemet, jo bedre vil vi forstå, hvordan vand blev leveret til Jorden, og hvor meget der var iboende for Jordens indre i de tidlige stadier af dens dannelse. ”
Dette arbejde blev sponsoreret af NASAs Planetary Geology and Geophysics-program, en JPL-baseret indsats, der fokuserer på at fremme forskning i jordlignende planeter og store satellitter i solsystemet. Arbejdet blev også udført med hjælp fra USC's Viterbi School of Engineering som led i en løbende indsats for at forbedre radar- og mikrobølgerafbildning for at lokalisere vandkilder under jorden på planeter og andre organer.
