Door opspringend ruimtestof zien asteroïden er ruwer uit

Zoals maïskorrels die in een pan opduiken, kunnen kleine stofkorrels op het oppervlak van asteroïden springen, volgens een nieuwe studie van natuurkundigen van CU Boulder.

Dit popcornachtige effect kan helpen om kleinere asteroïden te rangschikken, waardoor ze verliezen bodem Vanuit de ruimte ziet het er ruig en hobbelig uit.

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen op 11 juli in het tijdschrift natuurlijke astronomie. Hun bevindingen kunnen wetenschappers helpen beter te begrijpen hoe de vorm van asteroïden in de loop van de tijd verandert – en hoe deze objecten door de ruimte migreren, waardoor ze soms gevaarlijk dicht bij de aarde komen, zei Hsiang Win (Chun) Hsu, co-hoofdauteur van het onderzoek.

“Hoe meer deze asteroïden fijnkorrelig materiaal verliezen, hoe sneller ze migreren”, zegt Hsu, een onderzoeksmedewerker bij het Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) aan CU Boulder.

De zoektocht begon met wat vreemde foto’s.

In 2020 reisde een NASA-ruimtevaartuig genaamd OSIRIS-REx meer dan een miljard mijl om af te spreken met asteroïde (191055) Benno, het hoogste punt van het Empire State Building. Maar toen het ruimtevaartuig arriveerde, vonden wetenschappers niet wat ze verwachtten: het oppervlak van de asteroïde zag eruit als ruw schuurpapier, niet zo glad en stoffig als de onderzoekers hadden verwacht. Er waren zelfs rotsblokken ter grootte van huizen en vrachtwagens verspreid over de buitenkant.

Nu hebben Hsu en zijn collega’s vertrouwd op computersimulaties, of modellen, en laboratoriumexperimenten om dit mysterie te onderzoeken. Hij zei dat bevoegdheden vergelijkbaar zijn statische elektriciteit Het kan de kleinste stofkorrels veroorzaken, sommige niet groter dan een enkele bacterie, van de asteroïde de ruimte in – waardoor alleen grotere rotsen achterblijven.

Studie co-auteur Mihály Horányi zei dat Pino niet de enige is.

“We zijn ons ervan bewust dat dezelfde fysica voorkomt op andere luchtloze lichamen zoals de maan en zelfs de ringen van Saturnus”, zegt Horányi, een LASP-onderzoeker en hoogleraar natuurkunde aan CU Boulder.

Bino en Ryugu

Asteroïden lijken misschien bevroren in de tijd, maar deze objecten evolueren gedurende hun hele leven.

Hsu legde uit dat asteroïden zoals Bennu constant ronddraaien, waardoor hun oppervlak wordt blootgesteld aan zonlicht, daarna weer aan schaduw en weer zonlicht. Deze nooit eindigende cyclus van verwarming en koeling zet druk op de grootste rotsen aan de oppervlakte, totdat ze onvermijdelijk barsten.

“Het gebeurt elke dag, de hele tijd”, zei Hsu. “Uiteindelijk erodeert u een groot stuk rots in kleinere stukken.”

Dat is de reden waarom, voordat wetenschappers Bennu bereikten, velen verwachtten dat het bedekt zou zijn met plassen fijn zand – net zoals de maan er vandaag uitziet. Rond dezelfde tijd in 2020 landde een Japanse ruimtemissie op een tweede kleine asteroïde genaamd Ryugu. Het team vond vergelijkbaar ruw en hobbelig terrein.

Hsu en zijn collega’s waren sceptisch.

Sinds de jaren negentig hebben LASP-onderzoekers laboratoriumvacuümkamers gebruikt om de vreemde eigenschappen van stof in de ruimte te onderzoeken, waaronder een prestatie die ze ‘elektrostatische lofting’ noemen. Studie co-auteur Xu Wang legde uit dat wanneer de zonnestralen kleine stofkorrels doordrenken, ze beginnen op te pikken Negatieve vergoeding. Deze ladingen zullen zich opbouwen totdat de deeltjes plotseling exploderen, als twee afstotende magneten.

In sommige gevallen kunnen deze stofkorrels exploderen met snelheden van meer dan 20 mijl per uur (of meer dan 8 meter per seconde).

“Niemand had eerder aan dit proces op het oppervlak van een asteroïde gedacht”, zegt Wang, een LASP-onderzoeksmedewerker.

Kleine asteroïde, grote asteroïde

Om dit te doen, voerden de onderzoekers, waaronder voormalige CU Boulder-studenten Anthony Carroll en Noah Hood, een reeks berekeningen uit om de fysica van de regoliet op twee hypothetische asteroïden te onderzoeken. Ze volgden hoe stof zich zou kunnen vormen en sprongen vervolgens over honderdduizenden jaren. Een van de valse asteroïden was ongeveer een halve mijl breed (vergelijkbaar in grootte met Ryugu) en de tweede was enkele mijlen breed (dichter in diameter bij grotere asteroïden zoals Eros).

Deze maat maakte het verschil. Volgens de schattingen van het team konden de stofkorrels, toen ze op een grotere asteroïde sprongen, niet genoeg snelheid krijgen om los te komen van de zwaartekracht. Hetzelfde gold niet voor de kleinere asteroïde die op Ryugu leek.

“De zwaartekracht op de kleinere asteroïde is te zwak om ontsnapping te voorkomen”, zei Hsu. “De delicate kroonluchter zal verloren gaan.”

Dit verlies zal op zijn beurt het oppervlak van de asteroïden blootstellen aan verdere erosie, wat resulteert in een rotsrijk landschap zoals de wetenschappers gevonden in Ryugu en Bennu. Binnen enkele miljoenen jaren was de kleinere asteroïde bijna volledig ontdaan van fijn stof. De Eros-achtige asteroïde bleef echter in stof.

Hsu merkte op dat dit wrijvingseffect zou kunnen helpen de banen van kleine asteroïden voort te stuwen. Hij legde uit dat asteroïden migreren omdat zonlicht er in de loop van de tijd langzaam op drukt. Op basis van eerder onderzoek door andere wetenschappers wordt vermoed dat asteroïden bedekt met rotsen sneller kunnen bewegen dan die met een meer stoffig uiterlijk.

Hij en zijn collega’s hebben misschien binnenkort meer bewijs om hun berekeningen te ondersteunen. In minder dan 3 maanden zal een NASA-missie genaamd de Double Asteroid Redirection Test (DART) een paar kleinere asteroïden bezoeken – en zal Hsu volgen om te zien hoe stoffig ze zijn.

“We zullen nieuwe oppervlaktebeelden hebben om onze theorie te testen,” zei hij. “Het is geweldig voor ons, maar het is ook een beetje zenuwslopend.”