Dawn Probes Cryovolcanismes rolle på Ceres

En nylig undersøgelse undersøger kryovolcanismens historie og omfang i fortiden og sandsynligvis til stede på den gigantiske asteroide Ceres.

Ahuna Mons er en ruvende haug på Ceres sandsynligvis oprettet, når en superkold blanding af vand og andre forbindelser brød ud nedenunder. I dette simulerede perspektivbillede, samlet fra forbedrede farvebilleder taget af NASAs Dawn-rumfartøj, overdrives forhøjningerne med en faktor eller to.
NASA / JPL / UCLA / MPS / DLR / IDA / PSI

NASAs Dawn-mission har åbnet den modige nye verden af ​​1 Ceres, vores solsystemets største asteroide. Nu har en nylig undersøgelse, der blev offentliggjort i dag i Nature Astronomy, afsløret noget af den fascinerende historie med kryovolkanisk aktivitet på denne dværgplanet, der fører op til den overflade, vi ser i dag.

Cryovolcanism indebærer udbrud af vandopslæmninger blandet med en slags "frostvæske" måske flydende ammoniak (NH 3 ) eller metan (CH 4 ) - ved temperaturer langt under vandets sædvanlige frysepunkt. De resulterende strømme er superkaldte ækvivalenter af den velkendte bergmagma involveret i vulkansk aktivitet her på Jorden.

Fordi Ceres menes at have en dyb, skinnende blanding af væske og faste stoffer under en stiv skorpe, forventer geologer at finde tegn på kryovolkanisme på dens overflade. Den store, isolerede haug kaldet Ahuna Mons er et fint eksempel. Det store spørgsmål er dog, hvorfor Ceres ikke er prikket med mange flere af disse iskolde.

Nøglen ser ud til at ligge i rheologiens subtiliteter , fysikken i, hvordan materiale (i dette tilfælde is) flyder over tid som svar på tyngdekraften. Undersøgelsen anvendte en kombination af flowmodellering kombineret med topografisk analyse til at sammenstyre Ceres kryovolkanske historie.

Kuppler, Mons og Tholi

Anført af Michael Sori (University of Arizona) analyserede forskerne omhyggeligt udseendet af 22 kupler på Ceres, deres aspektforhold (det vil sige, hvor bredt de er kontra hvor højt de stiger over den omgivende slette), og deres fordeling på breddegrad. Med henblik på undersøgelsen blev tholi (den IAU-godkendte moniker til mindre, erptive kupler) og montes (større bjerge) samlet generisk som "kupler".

Sammenlign den relativt høje form af Ahuna Mons (til venstre) med den af ​​den ældre, navngivne kuppel i midten. Yamor Mons (til højre) er muligvis ca. 2 milliarder år gammel, men beholder dog meget af sin oprindelige højde på grund af sin placering nær den altid kolde nordpol, hvor is falder ned på grund af tyngdekraften langt langsommere.
Michael Mori et al / Nature Astronomy

Holdet brugte den unikke funktion kaldet Ahuna Mons som deres referencestandard. Den tårner 2, 4 miles (4 km) over det omgivende landskab, og (baseret på manglen på slagkratere i nærheden) ser det ud til at være ikke ældre end 240 millioner år - og det kunne være meget yngre. Ahuna Mons har et relativt højt sideforhold på nær 0, 2 (basen er fem gange bredere end dens højde).

Forskere har fundet ud af, at jo ældre en stor kuppel er på Ceres, eller jo tættere den er på asteroidens ækvator, desto lavere er dens størrelsesforhold.
Michael Mori et al / Nature Astronomy

Derefter estimerede Sori og hans kolleger alderen på 21 kupler (alle mindst 10 km på tværs) ved at antage, at de startede som høje bunker med kryovolkansk materiale, ligesom Ahuna Mons, der gik ned i kortere, bredere bjerge med en forudsigelig hastighed over tid . (Den tekniske betegnelse for dette er tyktflydende afslapning .) De resulterende aldersvurderinger varierer fra hundreder af millioner til 2 milliarder år gamle.

Undersøgelsen fandt også, at jo højere en kuppel er breddegrad på Ceres, jo højere er dens forhold. For eksempel har kupler nær ekvator af Ceres lave aspektforhold på omkring 0, 06, mens en stor kuppel ved navn Yamor Mons (ved 85½ ° nord) næsten matcher Ahunas 0, 2-størrelsesforhold. Da Ceres-polerne er meget koldere, bør nedgangen her være glat langsomt.

Hvor meget og hvor ofte?

Mori og hans team brugte den globale distribution af kuplerne og deres estimerede aldre til at afgøre, hvor ofte kryogen aktivitet skulle forekomme på Ceres. De udledte, at et udbrud kan ske en gang pr. 50.000 år i gennemsnit. Over tid kunne disse udbrud undgå ca. 10.000 kubikmeter briny slush på overfladen pr. År. Det svarer til mængden af ​​en stor biograf eller fire svømmebassiner i olympisk størrelse - men det er en lille brøkdel af hastigheden her på Jorden, hvis vulkaner sprøjter mere end 1 milliard kubikmeter smeltet sten hvert år.

”Vi er glade for, at vi var i stand til at komme med en kryovolkansk rate for at sammenligne med frekvenserne af 'almindelig' vulkanisme på jordbaserede planeter, noget, der ikke var blevet gjort før fra observationer, ” fortalte Sori til Sky & Telescope .

Hvilke kræfter kryovolcanisme på Ceres? Burde en sådan lille krop ikke være kølet internt nu? Den mest sandsynlige indre kilde, der driver cryovolcanic-processer på Ceres, er radioaktivt henfald af visse isotoper i de klippefulde dele af den lille verden, som det sker på andre planeter. En anden, mere kontroversiel hypotese er, at store påvirkninger på overfladen af ​​Ceres starter processen lokalt.

En af de første fascinerende træk, da Dawn opdagede ved sin oprindelige tilgang til Ceres, var lyse pletter med frisk is, kendt som faculae. (Det er det samme udtryk, der bruges til at beskrive lyse pletter på solens fotosfære.) Disse pletter, der findes på flunterne af Ahuna Mons og på gulvet i krateret Okkator, var den første ledetråd for forskere om, at kryovolkanisme stadig er aktiv på Ceres .

En kunstners opfattelse af, hvordan Ceres kan struktureres internt, baseret på Dawn-data. Den ydre skorpe (lyseblå) er hovedsageligt lavet af vandis, salte og hydratiserede mineraler. Geokemister mener, at under skorpen ligger en tyk skal, måske op til 100 km dyb, bestående af en del af en saltvæske.
NASA / JPL / UCLA / MPS / DLR / IDA

Cryovolcanism kan også være en nøgleoverflademekanisme på andre stenede verdener i det ydre solsystem. Ud over Ceres ser vi handlingen af ​​isgejsere og isfloe på overfladerne af Saturns måne Enceladus, dværgplaneten Pluto og Jupiters måne Europa.

”Vi har vist, at Ceres muligvis har været cryovolcanically aktiv i hele sin historie, og der er ingen grund til at prøve at påberåbe sig en underlig termisk / vulkansk historie, der kun ville have fået en enkelt cryovolcano (Ahuna Mons) til at dannes meget for nylig uden vulkanisme før det, ”siger Sori. "Cryovolcanism er vigtig på Ceres, men ikke næsten så dominerende eller vigtig som klippevulkanisme har været på Jorden eller Mars."

Desværre er slutningen tæt på Dawn-missionen. Ingeniører anslår, at brændstoffet til håndværkets motor skulle løbe engang fra slutningen af ​​september til midten af ​​oktober, hvorefter Dawn forbliver permanent i kredsløb omkring Ceres. Lanceret den 27. september 2007 på toppen af ​​en Delta II-raket, Dawn fløj forbi Mars i 2009, besøgte asteroiden 4 Vesta fra 2011 til 2012 og udforskede Ceres fra 2015.

Nyd disse endelige udsigter over en kryovolkansk verden, den eneste, vi har sendt et rumfartøj til bane hidtil. Daggry burde give planetariske forskere masser af data at pore over i årene fremover.