През 2011 г. НАСА разсъмване космически кораб установи орбита около големия астероид (известен още като планетоид), известен като Веста. През следващите 14 месеца сондата провежда подробни проучвания на повърхността на Веста с нейния набор от научни инструменти. Тези открития разкриха много за историята на планетоида, неговите повърхностни особености и неговата структура - за която се смята, че е диференцирана, подобно на скалистите планети.
В допълнение сондата е събирала жизненоважна информация относно съдържанието на леда на Веста. След като прекара последните три години, пресявайки данните на сондата, екип от учени изготви ново проучване, което показва възможността за подземен лед. Тези открития биха могли да имат последици, когато става въпрос за нашето разбиране за това как са се образували Слънчевите тела и как исторически е била транспортирана водата в Слънчевата система.
Проучването им, озаглавено „Орбитални бистатични радарни наблюдения на астероида Веста от мисията на зората“, беше наскоро публикувано в научното списание Природни комуникации. Воден от Елизабет Палмър, студентка от университета в Западен Мичиган, екипът разчита на данни, получени от комуникационната антена на борда на космическия кораб „Dawn“, за да проведе първия орбитален бистатичен радар (BSR) на наблюдение на Веста.
Тази антена - High-Gain телекомуникационна антена (HGA) - предава X-лентови радио вълни по време на орбитата си от Веста към антената на дълбоката космическа мрежа (DSN) на Земята. По време на по-голямата част от мисията орбитата на Зората е създадена така, че да гарантира, че HGA е в полезрението с наземните станции на Земята. Въпреки това, по време на окупации - когато сондата минаваше зад Веста за 5 до 33 минути наведнъж - сондата беше извън тази линия на зрение.
Независимо от това, антената непрекъснато предава данни от телеметрията, което кара предадените от HGA радарни вълни да се отразяват от повърхността на Веста. Тази техника, известна като наблюдения на бистатични радари (BSR), е била използвана в миналото за изследване на повърхностите на земни тела като Меркурий, Венера, Луната, Марс, Лунният титан на Сатурн и кометата 67P / CG.
Но както обясни Палмър, използването на тази техника за изследване на тяло като Веста е първо за астрономите:
„Това е първият път, когато бистатичен радарен експеримент е проведен в орбита около малко тяло, така че това доведе до няколко уникални предизвикателства в сравнение с един и същ експеримент, който се прави на големи тела като Луната или Марс. Например, тъй като гравитационното поле около Веста е много по-слабо от Марс, космическият апарат на Зората не трябва да орбитира с много висока скорост, за да поддържа разстоянието си от повърхността. Орбиталната скорост на космическия кораб става важна, тъй като колкото по-бърза е орбитата, толкова по-честота на „повърхностното ехо“ се променя (доплеровски изместен) в сравнение с честотата на „директния сигнал“ (което е безпрепятственият радиосигнал който пътува директно от HGA на Dawn до антените на дълбоката космическа мрежа на Земята, без да пасе повърхността на Vesta). Изследователите могат да кажат разликата между „повърхностното ехо“ и „директния сигнал“ по разликата им в честотата - така че при по-бавната орбитална скорост на Даун около Веста тази честотна разлика беше много малка и изискваше повече време за обработка на BSR данните и изолират „повърхностните ехота“, за да измерят силата си. “
Изучавайки отразените BSR вълни, Палмър и нейният екип успяха да получат ценна информация от повърхността на Веста. От това те наблюдават значителни разлики в повърхностната радарна отражателност. Но за разлика от Луната, тези промени в грапавостта на повърхността не могат да бъдат обяснени само с кратери и вероятно се дължат на съществуването на земя-лед. Както обясни Палмър:
„Установихме, че това е резултат от различията в грапавостта на повърхността в мащаба на няколко сантиметра. По-силните повърхностни ехота показват по-гладки повърхности, докато по-слабите повърхностни ехота отскочиха от по-грубите повърхности. Когато сравнихме нашата карта за грапавост на повърхността на Веста с карта на подземните концентрации на водород - която беше измерена от учени от зората, използвайки Гама лъча и Нейтронния детектор (GRaND) на космическия кораб - открихме, че обширни по-гладки области се припокриват, които също са повишили водорода концентрации! "
В крайна сметка Палмър и нейните колеги заключиха, че наличието на заровен лед (минало и / или настояще) на Веста е отговорно за това, че части от повърхността са по-гладки от останалите. По принцип, всеки път, когато се е случило въздействие върху повърхността, то е прехвърляло голяма част от енергията в подземната част. Ако там е погребан лед, той би се стопил от ударното събитие, изтича към повърхността по време на поразените от удар фрактури и след това замръзва на мястото си.
По същия начин, по който Луната като Европа, Ганимед и Титания претърпява обновяване на повърхността поради начина, по който криовулканизмът води до достигане на течна вода до повърхността (където се рефризира), наличието на подземен лед ще доведе до изглаждане на части от повърхността на Веста във времето. Това в крайна сметка би довело до вида на неравния терен, на който Палмър и нейните колеги бяха свидетели.
Тази теория е подкрепена от големите концентрации на водород, които бяха засечени върху по-гладки терени, които измерват стотици квадратни километри. Той също така съответства на геоморфологични доказателства, получени от изображенията на камерата на зората на зората, които показват признаци на преходен воден поток над повърхността на Веста. Това проучване противоречи и на някои досегашни предположения за Веста.
Както Палмър отбеляза, това може да има последици и по отношение на нашето разбиране за историята и еволюцията на Слънчевата система:
„Астероид Веста се очакваше да изчерпа всяко съдържание на вода отдавна чрез глобално топене, диференциране и широко градинарство от реголит от въздействия от по-малки тела. Нашите открития обаче подкрепят идеята, че погребаният лед може да е съществувал на Веста, което е вълнуваща перспектива, тъй като Веста е протопланета, представляваща ранен етап от формирането на планета. Колкото повече научаваме за това къде водният лед съществува в Слънчевата система, толкова по-добре ще разберем как водата е била доставена на Земята и колко е присъща на вътрешността на Земята през ранните етапи от нейното формиране. "
Тази работа беше спонсорирана от програмата на НАСА за планетарната геология и геофизика, основана на JPL, която се фокусира върху насърчаването на изследванията на земни планети и основни спътници в Слънчевата система. Работата беше проведена и със съдействието на инженерното училище на Витерби на САЩ като част от непрекъснатите усилия за подобряване на радарните и микровълновите изображения, за да се намерят подземни източници на вода на планети и други тела.
