У 2011 році НАСА Світанок космічний апарат встановив орбіту навколо великого астероїда (ака. планетоїда), відомого як Веста. Протягом наступних 14 місяців зонд провів детальні дослідження поверхні Вести з набором наукових інструментів. Ці висновки показали багато про історію планетоїда, його поверхневі особливості та його структуру - яка, як вважають, диференційована, як скелясті планети.
Крім того, зонд збирав життєво важливу інформацію про вміст льоду Веста. Провівши останні три роки, просіваючи дані зонда, команда вчених підготувала нове дослідження, яке вказує на можливість підземного ожеледиці. Ці висновки можуть мати наслідки, коли йдеться про наше розуміння того, як утворюються Сонячні тіла та як історично транспортувалася вода по всій Сонячній системі.
Їх дослідження під назвою «Орбітальні бістатичні радіолокаційні спостереження за астероїдом Веста місією світанку» було нещодавно опубліковано в науковому журналі Природа комунікацій. Під керівництвом Елізабет Палмер, аспірантки Університету Західного Мічигану, команда спиралася на дані, отримані антеною зв'язку на борту космічного корабля «Світанок», щоб провести перший орбітальний бістатичний радар (BSR) за спостереженням Вести.
Ця антена - високоефективна телекомунікаційна антена (HGA) - передала радіохвилі X-діапазону під час своєї орбіти Вести до антени глибокої космічної мережі (DSN) на Землі. Під час більшості місій орбіта світанку була розроблена для того, щоб HGA знаходилася в точці зору з наземними станціями на Землі. Однак під час окупації - коли зонд проходив позаду Вести на 5 - 33 хвилини одночасно - зонд був поза цією зорою зору.
Тим не менше, антена постійно передавала дані телеметрії, що спричиняло відбиття радіолокаційних хвиль, переданих HGA, від поверхні Вести. Ця методика, відома як спостереження за бістатичними радарами (BSR), використовувалася в минулому для вивчення поверхонь земних тіл, таких як Меркурій, Венера, Місяць, Марс, Мітан, Сатурн, Титан і комета 67P / CG.
Але, як пояснив Палмер, використання цієї методики для вивчення тіла, як Веста, було першим для астрономів:
«Це перший раз, коли на орбіті навколо маленького тіла було проведено бістатичний радіолокаційний експеримент, тож це принесло кілька унікальних проблем порівняно з тим же експериментом, який проводили на великих тілах, таких як Місяць чи Марс. Наприклад, оскільки гравітаційне поле навколо Вести набагато слабше Марса, космічному апарату "Світанок" не доводиться орбітувати з дуже високою швидкістю, щоб підтримувати свою відстань від поверхні. Орбітальна швидкість космічного корабля стає важливою, однак, чим швидше орбіта, тим більше змінюється частота «поверхневого відлуння» (доплерівський зсув) порівняно з частотою «прямого сигналу» (що є безперешкодним радіосигналом яка прямує безпосередньо від світильника HGA до антен Земної глибокої космічної мережі, не пасучись на поверхню Вести). Дослідники можуть визначити різницю між «поверхневим відлунням» та «прямим сигналом» за їх різницею у частоті - тому при повільній орбітальній швидкості світанку Дауна навколо Вести ця різниця частот була дуже невеликою і вимагала більше часу для обробки даних BSR і виділити «поверхневі відгомони» для вимірювання їх сили ».
Вивчаючи відбиті хвилі BSR, Палмер та її команда змогли отримати цінну інформацію з поверхні Вести. Виходячи з цього, вони спостерігали значні відмінності в поверхневій радіолокаційній відбивності. Але на відміну від Місяця, ці зміни в шорсткості поверхні не можна було пояснити лише кратерами і, ймовірно, через існування ґрунту-льоду. Як пояснив Палмер:
«Ми виявили, що це було наслідком відмінностей у шорсткості поверхні в масштабі кількох дюймів. Сильніші відгомони поверхні свідчать про більш гладкі поверхні, тоді як слабші поверхневі відгомони відштовхуються від більш грубих поверхонь. Коли ми порівняли карту шорсткості поверхні Вести з картою концентрацій водного покриву, яка була виміряна вченими Зорі, використовуючи детектор Гамма-променів і нейтронів (GRaND) на космічному кораблі, - ми виявили, що великі більш гладкі ділянки перекриваються ділянками, які також підвищують водень концентрації! "
Врешті-решт Палмер та її колеги дійшли висновку, що наявність похованого льоду (минулого та / або теперішнього) на Весті є причиною того, що частини поверхні більш гладкі, ніж інші. В основному, кожного разу, коли траплявся вплив на поверхню, вона передавала велику кількість енергії на піднебіння. Якщо там похований лід, він буде розплавлений подією удару, витікати на поверхню вздовж ушкоджених руйнувань, а потім замерзнути на місці.
Так само, як Місяць, як Європа, Ганімед і Титанія, зазнають оновлення поверхні через те, як кріовулканізм змушує рідку воду виходити на поверхню (там, де вона замерзає), наявність підземного льоду призведе до згладжування частин поверхні Вести через деякий час. Це в кінцевому підсумку призведе до виду нерівномірного рельєфу місцевості, засвідчення якого Пальмер та її колеги.
Ця теорія підкріплена великими концентраціями водню, виявленими на більш рівних місцевостях, що вимірюють сотні квадратних кілометрів. Це також узгоджується з геоморфологічними доказами, отриманими із зображень камери світанку, що показали ознаки перехідного потоку води над поверхнею Вести. Це дослідження також суперечило деяким раніше дотриманим припущенням про Весту.
Як зазначив Палмер, це також може мати наслідки, що стосується нашого розуміння історії та еволюції Сонячної системи:
«Астероїд Веста, як очікувалося, давно виснажив будь-який вміст води завдяки глобальному таненню, диференціації та широкому реголітному садівництву від ударів менших тіл. Однак наші результати підтверджують ідею, що похований лід, можливо, існував на Весті, що є захоплюючою перспективою, оскільки Веста є протопланетою, яка представляє собою ранній етап формування планети. Чим більше ми дізнаємось про те, де вода-лід існує у всій Сонячній системі, тим краще ми зрозуміємо, як вода надходила на Землю і наскільки вона була властивою внутрішнім простором Землі на ранніх етапах її утворення ».
Ця робота була спонсорована програмою НАСА «Планетарна геологія та геофізика», що базується на JPL, яка спрямована на сприяння дослідженню планет земного типу та основних супутників Сонячної системи. Робота була також проведена за сприяння інженерної школи Вітербі США в рамках постійних зусиль щодо вдосконалення радіолокаційних та мікрохвильових зображень для пошуку підземних джерел води на планетах та інших органах.
