Wyobraź sobie czas z przeszłości Układu Słonecznego, w którym asteroidy nie były litymi skałami, ale kroplami stopionego żelaza. Brzmi dziwnie, ale tak mogło być. A w odpowiednich warunkach niektóre z tych planetoid wyrosłyby wulkany. Jedna z tych planetoid, Psyche, jest celem misji NASA.
Do takiego wniosku doszli naukowcy z University of Santa Cruz w nowym badaniu, które wkrótce zostanie opublikowane w Geophysical Research Letters.
Naukowcami są Francis Nimmo, profesor nauk o Ziemi i planetach na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz (UCSC) oraz doktorant Jacob Abrahams. Rozpoczęli te badania z powodu planów NASA wysłania statku kosmicznego do asteroidy Psyche. Psyche to wyjątkowa asteroida; jest nie tylko największą asteroidą w naszym Układzie Słonecznym, ale wydaje się, że jest odsłoniętym żelaznym i niklowym rdzeniem wczesnej planety.
W chaosie wczesnego Układu Słonecznego kawałki skały zderzyły się, a czasem połączyły. Z czasem tworzyli coraz większe fragmenty, które ostatecznie uformowały się w skaliste planety. Na w pełni uformowanych planetach, takich jak Ziemia, rdzeń żelazny i niklowy jest zakopany pod skorupą krzemianową. Tak samo jest na wszystkich planetach i księżycach ziemskich oraz na większości asteroid.
Ale niektóre planetozymale doznałyby katastrofalnych zderzeń, a ich zewnętrzne warstwy zostałyby zerwane, pozostawiając odsłonięty rdzeń bogaty w żelazo. Rdzeń ochłodziłby się w mroźnych temperaturach w przestrzeni, a powierzchnia prawdopodobnie najpierw zestaliła się. Tak właśnie myśleli przydarzyli się Psyche.
„Pewnego dnia zwrócił się do mnie i powiedział:„ Myślę, że te rzeczy wybuchną ”.
Profesor Francis Nimmo, UCSC Earth and Planetary Sciences.
Przed misją NASA w Psyche Nimmo zainteresował się metalicznymi asteroidami. Był zainteresowany ich składem i tym, jakie wskazówki do tego składu mogłyby dostarczyć meteoryty tutaj na Ziemi. Kazał doktorantowi Jacobowi Abrahamowi wykonać kilka modeli powstawania i chłodzenia asteroid.
Okazuje się, że przynajmniej niektóre z tych asteroid miałyby erupcje wulkaniczne stopionego żelaza.
„Pewnego dnia zwrócił się do mnie i powiedział:„ Myślę, że te rzeczy wybuchną ”, powiedział Nimmo w komunikacie prasowym. „Nigdy wcześniej o tym nie myślałem, ale ma to sens, ponieważ pod gęstą skorupą znajduje się pływająca ciecz, więc ciecz chce dostać się na szczyt”.
Te ferowulkany nie wybuchłyby na wszystkich odsłoniętych planetoidach rdzeniowych. Musiałyby być wystarczająco masywne, aby powierzchnia szybko się ochłodziła i zestaliła, podczas gdy rdzeń pozostał stopiony. Ale nie wszyscy zachowywaliby się w ten sposób.
„W niektórych przypadkach krystalizowałby się od środka na zewnątrz i nie miałby wulkanizmu, ale niektóre krystalizowałyby się od góry do dołu, dzięki czemu otrzymywałbyś solidną blachę na powierzchni z ciekłym metalem pod spodem”, powiedział Nimmo.
W tych metalicznych asteroidach zestalona skorupa skompresowałaby pływający, stopiony rdzeń. To zatrzymałoby stopione żelazo w rdzeniu. Ale z czasem nastąpiłyby zmiany w skorupie.
Skórka ochłodzi się, a ściskanie i chłodzenie tworzy pęknięcia naprężeniowe i uszkodzenia w skorupie. Stopiony rdzeń był bardziej pływający i znajdowałby się pod presją. W miarę powstawania pęknięć i uskoków stopione żelazo uciekłoby, tworząc żelazo-wulkany.
„… Nic tak jak gęsta, lepka lawa płynie na Hawajach”.
Profesor Francis Nimmo, UCSC Earth and Planetary Sciences.
Nie wiemy, jak dokładnie wyglądałyby te żelazowulkany. Ale według dwóch badaczy istnieje co najmniej kilka możliwości. w dużej mierze w zależności od składu stopionej skały.
„Jeśli jest to przeważnie czyste żelazo, miałoby to erupcję przepływów powierzchniowych o niskiej lepkości rozpościerających się w cienkich arkuszach, więc nic nie przypomina grubej, lepkiej lawy płynącej na Hawajach” - powiedział Abrahams. „Z drugiej strony, jeśli zmieszane są lekkie pierwiastki i gazy, które gwałtownie się rozszerzają, możesz mieć wybuchowy wulkanizm, który może pozostawić doły w powierzchni”.
Mało prawdopodobne jest, aby misja NASA Psyche mogła zobaczyć jakiekolwiek wyraźne dowody tego ferrowulkanizmu. Wszystko to wydarzyło się miliardy lat temu, a zderzenia, zużycie i łzy kształtowałyby powierzchnię planetoid takich jak Psyche. „Nie jest jasne, jak mogą wyglądać teraz” - powiedział Abrahams.
Ale wciąż mogą być pewne oznaki tych żelazowulkanów. Mogą występować różnice w kolorze materiału na powierzchni. Mogą być nawet otwory wulkaniczne. Ale nie oczekuj żadnych stożków lawy.
Misja Psyche nie polega wyłącznie na znajdowaniu dowodów na aktywność wulkaniczną; ma inne cele naukowe. W rzeczywistości, według Nimmo, najlepszym miejscem do znalezienia dowodu na aktywność żelazowulkaniczną na asteroidach takich jak Psyche mogą być metaliczne asteroidy tutaj na Ziemi.
„Jest wiele takich metalicznych meteorytów, a teraz, gdy wiemy, czego szukamy, możemy znaleźć w nich dowody na wulkanizm”, powiedział Nimmo. „Gdyby materiał wybuchł na powierzchnię, bardzo szybko ochłodziłby się, co znalazłoby odbicie w składzie meteorytu. I może mieć w sobie dziury po ucieczce gazu.
Para naukowców zaprezentowała te wyniki podczas niedawnej Konferencji Nauk Księżycowych i Planetarnych i stwierdziła, że inny zespół badawczy doszedł do tego samego wniosku. Streszczenie wyników tego zespołu jest tutaj.
To interesujące wyniki, częściowo ze względu na malowany przez nich obraz. Planetesimal lub proto-planeta podróżująca przez starożytny Układ Słoneczny ulega katastroficznej kolizji. Powierzchnię usuwa się, pozostawiając jedynie stopiony rdzeń. Powierzchnia ochładza się, zatrzymując stopiony rdzeń pod spodem, tylko po to, aby uciec w ferro-wulkanach, gdy naprężenia wymuszają pęknięcia na powierzchni.
„To nie jest szokujący pomysł, ale nigdy wcześniej nie myśleliśmy o żelaznym wulkanizmie, więc jest to coś nowego i interesującego do zbadania” - powiedział Abrahams.
Misja Psyche NASA ma się rozpocząć w 2022 r. W 2026 r. Przybędzie do Psyche, a następnie spędzi 21 miesięcy na orbicie asteroidy, mapując jej cechy powierzchni i badając inne właściwości. Statek kosmiczny będzie zawierał kilka instrumentów:
- Multispectral Imager
- Spektrometr promieniowania gamma i neutronów
- Magnetometr
- X-Band Gravity Science Investigation
Misja Psyche przetestuje również nowy system komunikacji laserowej o nazwie Deep Space Optical Communication (DSOC.)
Źródła:
- Informacja prasowa: Wulkany żelaza mogły wybuchnąć na metalowych asteroidach
- Artykuł badawczy: ferrowolanizm: wulkanizm żelaza na metalicznych asteroidach
- Przegląd misji NASA Psyche
