Im Jahr 2011 hat die NASA Dämmerung Das Raumschiff errichtete eine Umlaufbahn um den großen Asteroiden (auch bekannt als Planetoid), der als Vesta bekannt ist. Im Laufe der nächsten 14 Monate führte die Sonde mit ihrer Reihe wissenschaftlicher Instrumente detaillierte Untersuchungen der Oberfläche von Vesta durch. Diese Ergebnisse enthüllten viel über die Geschichte des Planeten, seine Oberflächenmerkmale und seine Struktur - von denen angenommen wird, dass sie wie die felsigen Planeten differenziert sind.
Darüber hinaus sammelte die Sonde wichtige Informationen zum Eisgehalt von Vesta. Nachdem ein Wissenschaftlerteam die letzten drei Jahre damit verbracht hat, die Daten der Sonde zu sichten, hat es eine neue Studie erstellt, die auf die Möglichkeit von Eis unter der Oberfläche hinweist. Diese Ergebnisse könnten Auswirkungen auf unser Verständnis der Entstehung von Sonnenkörpern und des historischen Wassertransports im gesamten Sonnensystem haben.
Ihre Studie mit dem Titel „Orbital Bistatic Radar Observations of Asteroid Vesta von der Dawn Mission“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation. Unter der Leitung von Elizabeth Palmer, einer Doktorandin der Western Michigan University, stützte sich das Team auf Daten, die von der Kommunikationsantenne an Bord des Dawn-Raumfahrzeugs erhalten wurden, um die erste Beobachtung des orbitalen bistatischen Radars (BSR) von Vesta durchzuführen.
Diese Antenne - die High-Gain-Telekommunikationsantenne (HGA) - übertrug während ihrer Umlaufbahn von Vesta X-Band-Funkwellen an die DSN-Antenne (Deep Space Network) auf der Erde. Während des größten Teils der Mission sollte Dawns Umlaufbahn sicherstellen, dass sich die HGA im Blickfeld der Bodenstationen auf der Erde befindet. Während der Okkultationen - wenn die Sonde jeweils 5 bis 33 Minuten hinter Vesta vorbeiging - befand sich die Sonde jedoch außerhalb dieser Sichtlinie.
Trotzdem sendete die Antenne kontinuierlich Telemetriedaten, was dazu führte, dass die von HGA übertragenen Radarwellen von der Oberfläche von Vesta reflektiert wurden. Diese als bistatische Radarbeobachtung (BSR) bekannte Technik wurde in der Vergangenheit verwendet, um die Oberflächen von Erdkörpern wie Merkur, Venus, Mond, Mars, Saturnmond Titan und Komet 67P / CG zu untersuchen.
Aber wie Palmer erklärte, war die Verwendung dieser Technik zur Untersuchung eines Körpers wie Vesta eine Premiere für Astronomen:
„Dies ist das erste Mal, dass ein bistatisches Radarexperiment im Orbit um einen kleinen Körper durchgeführt wurde. Dies brachte einige einzigartige Herausforderungen mit sich, verglichen mit dem gleichen Experiment, das an großen Körpern wie dem Mond oder dem Mars durchgeführt wurde. Da das Schwerefeld um Vesta beispielsweise viel schwächer als der Mars ist, muss das Raumschiff Dawn nicht mit sehr hoher Geschwindigkeit umkreisen, um seinen Abstand zur Oberfläche aufrechtzuerhalten. Die Umlaufgeschwindigkeit des Raumfahrzeugs wird jedoch wichtig, denn je schneller die Umlaufbahn ist, desto stärker ändert sich die Frequenz des "Oberflächenechos" (Doppler-Verschiebung) im Vergleich zur Frequenz des "direkten Signals" (das das ungehinderte Funksignal ist) das direkt von Dawns HGA zu den Deep Space Network-Antennen der Erde wandert, ohne Vestas Oberfläche zu streifen). Die Forscher können den Unterschied zwischen einem "Oberflächenecho" und dem "direkten Signal" anhand ihres Frequenzunterschieds erkennen. Bei Dawns langsamerer Umlaufgeschwindigkeit um Vesta war dieser Frequenzunterschied sehr gering und erforderte mehr Zeit für die Verarbeitung der BSR-Daten und isoliere die 'Oberflächenechos', um ihre Stärke zu messen. “
Durch die Untersuchung der reflektierten BSR-Wellen konnten Palmer und ihr Team wertvolle Informationen von Vestas Oberfläche gewinnen. Daraus beobachteten sie signifikante Unterschiede im Oberflächenradarreflexionsvermögen. Im Gegensatz zum Mond konnten diese Schwankungen der Oberflächenrauheit jedoch nicht allein durch Kraterbildung erklärt werden und waren wahrscheinlich auf das Vorhandensein von Grundeis zurückzuführen. Wie Palmer erklärte:
„Wir haben festgestellt, dass dies auf Unterschiede in der Rauheit der Oberfläche im Maßstab von einigen Zentimetern zurückzuführen ist. Stärkere Oberflächenechos weisen auf glattere Oberflächen hin, während schwächere Oberflächenechos von raueren Oberflächen abprallen. Als wir unsere Oberflächenrauheitskarte von Vesta mit einer Karte der Wasserstoffkonzentrationen unter der Oberfläche verglichen, die von Dawn-Wissenschaftlern mit dem Gammastrahlen- und Neutronendetektor (GRaND) des Raumfahrzeugs gemessen wurde, stellten wir fest, dass ausgedehnte glattere Bereiche Bereiche überlappten, in denen auch Wasserstoff erhöht war Konzentrationen! ”
Am Ende kamen Palmer und ihre Kollegen zu dem Schluss, dass das Vorhandensein von vergrabenem Eis (Vergangenheit und / oder Gegenwart) auf Vesta dafür verantwortlich war, dass Teile der Oberfläche glatter waren als andere. Grundsätzlich übertrug ein Aufprall auf die Oberfläche viel Energie auf den Untergrund. Wenn dort vergrabenes Eis vorhanden wäre, würde es durch das Aufprallereignis geschmolzen, entlang der durch Aufprall erzeugten Brüche an die Oberfläche fließen und dann an Ort und Stelle gefrieren.
Ähnlich wie Mond wie Europa, Ganymed und Titania eine Oberflächenerneuerung erfahren, weil durch Kryovulkanismus flüssiges Wasser an die Oberfläche gelangt (wo es wieder gefriert), würde das Vorhandensein von unterirdischem Eis dazu führen, dass Teile der Oberfläche von Vesta geglättet werden im Laufe der Zeit. Dies würde letztendlich zu unebenem Gelände führen, das Palmer und ihre Kollegen erlebten.
Diese Theorie wird durch die hohen Wasserstoffkonzentrationen gestützt, die in glatteren Gebieten mit einer Größe von Hunderten von Quadratkilometern nachgewiesen wurden. Dies steht auch im Einklang mit geomorphologischen Beweisen, die aus den Bildern der Dawn Framing Camera stammen und Anzeichen eines vorübergehenden Wasserflusses über die Oberfläche von Vesta zeigten. Diese Studie widersprach auch einigen zuvor getroffenen Annahmen über Vesta.
Wie Palmer bemerkte, könnte dies auch Auswirkungen auf unser Verständnis der Geschichte und Entwicklung des Sonnensystems haben:
„Es wurde erwartet, dass Asteroid Vesta vor langer Zeit durch globales Schmelzen, Differenzieren und ausgedehnte Regolith-Gartenarbeit durch Einflüsse kleinerer Körper jeglichen Wassergehalt erschöpft hat. Unsere Ergebnisse stützen jedoch die Idee, dass auf Vesta möglicherweise vergrabenes Eis existiert hat. Dies ist eine aufregende Aussicht, da Vesta ein Protoplanet ist, der ein frühes Stadium in der Entstehung eines Planeten darstellt. Je mehr wir darüber erfahren, wo im gesamten Sonnensystem Wassereis vorhanden ist, desto besser werden wir verstehen, wie Wasser zur Erde geliefert wurde und wie viel dem Erdinneren in den frühen Stadien seiner Entstehung eigen war. “
Diese Arbeit wurde vom NASA-Programm Planetary Geology and Geophysics gesponsert, einem JPL-basierten Projekt, das sich auf die Förderung der Erforschung terrestrischer Planeten und wichtiger Satelliten im Sonnensystem konzentriert. Die Arbeiten wurden auch mit Unterstützung der Viterbi School of Engineering des USC durchgeführt, um die Radar- und Mikrowellenbildgebung zu verbessern und unterirdische Wasserquellen auf Planeten und anderen Körpern zu lokalisieren.
