В 2011 году НАСА рассвет космический корабль установил орбиту вокруг большого астероида (он же планетоид), известного как Веста. В течение следующих 14 месяцев зонд проводил детальные исследования поверхности Весты с помощью набора научных инструментов. Эти открытия многое раскрыли об истории планетоида, его поверхностных особенностях и его структуре - которая, как полагают, дифференцирована, как скалистые планеты.
Кроме того, зонд собирал жизненно важную информацию о содержании льда в Весте. Проведя последние три года, анализируя данные зонда, группа ученых подготовила новое исследование, которое указывает на возможность подземного льда. Эти выводы могут иметь значение, когда речь заходит о нашем понимании того, как образовались солнечные тела и как исторически переносилась вода по всей Солнечной системе.
Их исследование, озаглавленное «Орбитальные бистатические радиолокационные наблюдения астероида Весты с помощью миссии« Рассвет »», недавно было опубликовано в научном журнале. Природа Связи. Во главе с Элизабет Палмер, аспирантом из Университета Западного Мичигана, команда использовала данные, полученные с помощью антенны связи на борту космического корабля Dawn, для проведения первого наблюдения орбитальной бистатической радиолокационной станции (BSR) Весты.
Эта антенна - телекоммуникационная антенна с высоким коэффициентом усиления (HGA) - передавала радиоволны в диапазоне X во время своей орбиты Весты к антенне Сети дальнего космоса (DSN) на Земле. В течение большей части миссии орбита Зари была спроектирована таким образом, чтобы HGA находился на линии прямой видимости с наземными станциями на Земле. Тем не менее, во время затенения - когда зонд проходил позади Весты в течение 5–33 минут за раз - зонд находился вне зоны видимости.
Тем не менее, антенна непрерывно передавала данные телеметрии, в результате чего радиолокационные волны, передаваемые HGA, отражались от поверхности Весты. Этот метод, известный как наблюдения бистатического радара (BSR), использовался в прошлом для изучения поверхностей земных тел, таких как Меркурий, Венера, Луна, Марс, луна Сатурна Титан и комета 67P / CG.
Но, как объяснил Палмер, использование этой техники для изучения тела, подобного Весте, было первым для астрономов:
«Это первый раз, когда эксперимент с бистатическим радаром проводился на орбите вокруг маленького тела, поэтому это принесло несколько уникальных проблем по сравнению с тем же экспериментом, проводимым на больших телах, таких как Луна или Марс. Например, поскольку гравитационное поле вокруг Весты намного слабее, чем у Марса, космическому кораблю «Рассвет» не нужно вращаться на очень высокой скорости, чтобы сохранять дистанцию от поверхности. Тем не менее, орбитальная скорость космического корабля становится важной, потому что чем быстрее орбита, тем больше изменяется частота "поверхностного эха" (доплеровское смещение) по сравнению с частотой "прямого сигнала" (который является беспрепятственным радиосигналом). который путешествует непосредственно от HGA Dawn к антеннам Земной Сети Глубокого Космоса, не задевая поверхность Весты). Исследователи могут определить разницу между «поверхностным эхом» и «прямым сигналом» по разнице их частот - поэтому при более низкой орбитальной скорости Dawn вокруг Весты эта разность частот была очень мала, и нам потребовалось больше времени для обработки данных BSR и изолировать «поверхностные эхо», чтобы измерить их силу ».
Изучив отраженные волны BSR, Палмер и ее команда смогли получить ценную информацию с поверхности Весты. Исходя из этого, они наблюдали значительные различия в отражательной способности радиолокатора. Но в отличие от Луны, эти изменения шероховатости поверхности не могли быть объяснены одним кратером и, вероятно, были связаны с существованием грунтового льда. Как объяснил Палмер:
«Мы обнаружили, что это было результатом различий в шероховатости поверхности в масштабе нескольких дюймов. Более сильные поверхностные эхо-сигналы указывают на более гладкие поверхности, в то время как более слабые поверхностные эхо-сигналы отражаются от более грубых поверхностей. Когда мы сравнили нашу карту шероховатости поверхности Весты с картой концентраций водорода в недрах - которая была измерена учеными-зари с использованием гамма-луча и нейтронного детектора (GRaND) на космическом корабле - мы обнаружили, что обширные более гладкие области перекрывают области, которые также имеют повышенный уровень водорода концентрация!»
В конце Палмер и ее коллеги пришли к выводу, что присутствие погребенного льда (прошлого и / или настоящего) на Весте было причиной того, что некоторые части поверхности были более гладкими, чем другие. По сути, всякий раз, когда удары происходили на поверхности, они передавали много энергии в недра. Если бы там находился захороненный лед, он был бы растаял в результате удара, перетек на поверхность вдоль вызванных ударом трещин и затем замерз на месте.
Подобно тому, как Луна, как Европа, Ганимед и Титания, испытывают поверхностное обновление из-за того, как криовулканизм приводит к тому, что жидкая вода достигает поверхности (где она замерзает), присутствие подземного льда может привести к сглаживанию частей поверхности Весты. через некоторое время. В конечном итоге это привело бы к тому, что Палмер и ее коллеги стали свидетелями неровной местности.
Эта теория подтверждается большими концентрациями водорода, которые были обнаружены на более гладких территориях, которые измеряют сотни квадратных километров. Это также согласуется с геоморфологическими данными, полученными на изображениях камеры Dawn Framing Camera, которые показали признаки переходного потока воды по поверхности Весты. Это исследование также противоречило некоторым ранее сделанным предположениям о Весте.
Как отметил Палмер, это также может иметь значение для нашего понимания истории и эволюции Солнечной системы:
«Астероид Веста, как ожидалось, давно истощил любое содержание воды через глобальное таяние, дифференциацию и обширное озеленение реголита под воздействием меньших тел. Тем не менее, наши результаты подтверждают идею о том, что могучий лед мог существовать на Весте, что является захватывающей перспективой, поскольку Веста является протопланетой, которая представляет собой раннюю стадию формирования планеты. Чем больше мы узнаем о том, где водяной лед существует во всей Солнечной системе, тем лучше мы поймем, как вода доставлялась на Землю и насколько она была присуща недрам Земли на ранних этапах ее формирования ».
Эта работа финансировалась программой НАСА «Планетная геология и геофизика», основанной на JPL, которая направлена на содействие исследованию планет земного типа и основных спутников в Солнечной системе. Эта работа также проводилась при содействии инженерной школы Университета ОСК в рамках постоянной работы по улучшению радиолокационной и микроволновой визуализации для обнаружения подземных источников воды на планетах и других телах.
