Представьте себе время в прошлом Солнечной системы, когда астероиды были не сплошной скалой, а каплями расплавленного железа. Звучит странно, но, возможно, так оно и было. И в правильных условиях некоторые из этих астероидов могли бы прорасти вулканов. Один из этих астероидов, Психея, является местом назначения миссии НАСА.
К такому выводу пришли ученые из Университета Санта-Крус в новом исследовании, которое вскоре будет опубликовано в Geophysical Research Letters.
Ученые - Фрэнсис Ниммо, профессор наук о Земле и планетах в Университете Калифорнии, Санта-Круз (UCSC), и аспирант Джейкоб Абрахамс. Они начали это исследование из-за планов НАСА отправить космический корабль на астероид Психея. Психея - это уникальный астероид; Мало того, что это самый большой астероид в нашей Солнечной системе, но, похоже, это открытая железная и никелевая сердцевина ранней планеты.
В хаосе ранней Солнечной системы куски камня сталкивались и иногда объединялись. Со временем они образовали все большие и большие куски, которые в конечном итоге превратились в скалистые планеты. На полностью сформированных планетах, таких как Земля, железное и никелевое ядро похоронено под силикатной коркой. То же самое на всех планетах и спутниках Земли и на большинстве астероидов.
Но некоторые планетезималы пострадали бы от катастрофических столкновений, и их внешние слои были бы удалены, оставив открытую расплавленную железную сердцевину. Это ядро охладилось бы при холодных температурах в космосе, и, вероятно, поверхность затвердела первой. Это то, что они думают, случилось с Психей.
«Однажды он повернулся ко мне и сказал:« Я думаю, что это произойдет ».
Профессор Фрэнсис Ниммо, UCSC Earth and Planetary Sciences.
В преддверии миссии НАСА в Психее Ниммо заинтересовался металлическими астероидами. Он был заинтересован в их составе и в том, какие подсказки этому составу могут предоставить метеориты здесь, на Земле. У него был аспирант Джейкоб Абрахамс, управляющий некоторыми моделями того, как астероиды формировались и охлаждались.
Оказывается, по крайней мере, некоторые из этих астероидов испытали бы вулканические извержения расплавленного железа.
«Однажды он повернулся ко мне и сказал:« Я думаю, что эти вещи разразятся », - сказал Ниммо в пресс-релизе. «Я никогда не думал об этом раньше, но это имеет смысл, потому что под плотной коркой у вас есть плавучая жидкость, поэтому жидкость хочет подняться наверх».
Эти ферровулканы не прорывались на все эти открытые ядра астероидов. Они должны были быть достаточно массивными, чтобы поверхность быстро остывала и затвердевала, а ядро оставалось расплавленным. Но не все они бы так себя вели.
«В некоторых случаях он будет кристаллизоваться из центра и не будет иметь вулканизма, но некоторые будут кристаллизоваться сверху вниз, так что вы получите твердый металлический лист на поверхности с жидким металлом снизу», - сказал Ниммо.
В этих металлических астероидах затвердевшая кора сжала бы плавучее расплавленное ядро. Это удержало бы расплавленный чугун в ядре. Но со временем в корке произошли изменения.
Кора будет охлаждаться, а сжатие и охлаждение образовали бы трещины напряжения и разломы в коре. Расплавленное ядро было более плавучим и находилось под давлением. По мере образования трещин и разломов расплавленное железо могло бы улетучиться, создав ферровулканы.
«… Ничего похожего на густые вязкие потоки лавы, которые вы видите на Гавайях».
Профессор Фрэнсис Ниммо, UCSC Earth and Planetary Sciences.
Мы не знаем, как бы выглядели именно эти ферровулканы. Но, по словам двух исследователей, есть как минимум пара возможностей. в значительной степени зависит от состава расплавленной породы.
«Если это в основном чистое железо, то у вас будут извержения поверхностных потоков с низкой вязкостью, распространяющихся в тонких листах, поэтому ничего похожего на густые вязкие потоки лавы, которые вы видите на Гавайях», - сказал Абрахамс. «С другой стороны, если есть смешанные легкие элементы и быстро расширяющиеся газы, вы можете иметь взрывной вулканизм, который может оставить ямы на поверхности».
Маловероятно, что миссия НАСА «Психея» сможет увидеть какие-либо явные доказательства этого ферровулканизма. Все это произошло миллиарды лет назад, и с тех пор столкновения и износ могли бы сформировать поверхность астероидов, таких как Психея. «Пока не ясно, как они могут выглядеть, - сказал Абрахамс.
Но все еще могут быть некоторые признаки этих ферровулканов. Там могут быть различия в цвете материала на поверхности. Там даже могут быть некоторые вулканические жерла. Но не ожидайте никаких лавовых шишек.
Миссия «Психея» не сводится исключительно к поиску доказательств вулканической активности; у него есть другие научные цели. Фактически, согласно Ниммо, лучшее место, чтобы найти доказательства ферровулканической активности на астероидах, таких как Психея, может быть в металлических астероидах здесь, на Земле.
«Есть много этих металлических метеоритов, и теперь, когда мы знаем, что ищем, мы можем найти в них свидетельства вулканизма», - сказал Ниммо. «Если бы материал прорывался на поверхность, он бы очень быстро остыл, что отразилось бы на составе метеорита. И в нем могут быть дыры, выходящие из газа ».
Пара ученых представила эти результаты на недавней Лунной и Планетарной научной конференции и обнаружила, что другая исследовательская группа пришла к такому же выводу. Резюме результатов этой команды здесь.
Это интересные результаты, отчасти из-за картины, которую они рисуют. Планетезимал, или протопланета, путешествуя по древней Солнечной системе, подвергается катастрофическому столкновению. Поверхность сдирается, оставляя только расплавленное ядро. Поверхность охлаждается, задерживая расплавленное ядро под ней, только для того, чтобы уйти в ферро-вулканы, так как напряжения вызывают трещины на поверхности.
«Это не шокирующая идея, но мы никогда раньше не думали о железном вулканизме, так что это что-то новое и интересное для изучения», - сказал Абрахамс.
Миссия НАСА «Психея» должна начаться в 2022 году. В 2026 году она прибудет в Психе, затем проведет 21 месяц на орбите астероида, составляя карту его поверхностных особенностей и изучая другие его свойства. Космический корабль будет включать в себя несколько инструментов:
- Многоспектральный Imager
- Гамма и нейтронный спектрометр
- магнитометр
- X-Band Gravity Science Investigation
Миссия «Психея» также проверит новую лазерную коммуникационную систему под названием Deep Space Optical Communication (DSOC).
Источники:
- Пресс-релиз: железные вулканы могли извергаться на металлических астероидах
- Исследовательская работа: Ферровулканизм: железный вулканизм на металлических астероидах
- Обзор миссии Психеи НАСА
