Waarom zien sommige regio's op de dwergplaneet Ceres er blauw uit? Meer:

[univers]

Blauw oppervlaktemateriaal op Ceres
Afbeelding 1/6, tegoed: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA / PSI; S. Schröder et


Haulani in contrasterende kleuren
Afbeelding 2/6, tegoed: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA / PSI

Deze maand is het 220 jaar geleden dat de eerste asteroïde werd ontdekt. In de nacht van 1 op 2 januari 1801 zag Giuseppe Piazzi, de directeur van het Astronomisch Observatorium van Palermo, een 'ster' op de schouder van het stiervormige sterrenbeeld Stier. Maar de positie van de ster veranderde elke nacht. Piazzi had Ceres ontdekt, het grootste lichaam in de uitgestrekte ruimte tussen de planeten Mars en Jupiter. Tussen 2015 en 2018 was Ceres - nu 'gepromoveerd' van een asteroïde naar een dwergplaneet - het tweede doelwit van NASA's Dawn-missie , na de asteroïde Vesta. In de afbeeldingen van Ceres verworven door het Duitse instrumentaan boord van de Dawn-orbiter, evenals in de spectrale metingen van het ruimtevaartuig, vielen sommige regio's op door hun ongebruikelijke blauwe kleur. De oorsprong van deze kleur bleef tot op de dag van vandaag een mysterie. Laboratoriumexperimenten uitgevoerd door een team onder leiding van DLR Planetary Scientist Stefan Schröder hebben het mysterie nu opgelost. Impactgebeurtenissen die Ceres in het recente verleden hebben meegemaakt, zorgden ervoor dat materiaal vermengd met ijs naar de oppervlakte kwam. Het waterijs ingebed in de kristalstructuur van de kleimineralen werd vervolgens gesublimeerd. Wat overbleef was een fijn poreus stof dat zonlicht reflecteert met een blauwe kleur vanwege zijn 'donzige' structuur.

"Ceres heeft geen atmosfeer, dus waterijs is niet stabiel op het oppervlak van de dwergplaneet en sublimeert snel. Dit betekent dat het direct van de vaste fase naar de gasfase gaat", legt Stefan Schröder van het DLR Institute of Planetary Research uit.. “In het laboratorium hebben we nu kunnen simuleren wat er gebeurt als waterijs, zoals dat aanvankelijk door inslagen op Ceres in de kristalstructuur van zeer specifieke mineralen is geïntroduceerd en vervolgens naar de oppervlakte wordt getransporteerd, van daaruit de ruimte in ontsnapt. Wat op Ceres achterblijft is een fijn poreuze, bijna donzige stoflaag, die verantwoordelijk is voor de blauwachtige, glinsterende oppervlakken van enkele recente inslagkraters. "Schröder en zijn collega's van de Universiteit van Grenoble en het Institute for Space Astrophysics and Planetology in Rome kwamen tot deze conclusie na hun experimenten. In de loop van iets minder dan een week ze observeerden materiaal dat waterijs bevat - wat overeenkomt met het materiaal dat aanwezig is in de opvallend blauwe vlekken op Ceres - in het laboratorium onder vacuümomstandigheden en temperaturen die vergelijkbaar zijn met die in de buitenste asteroïdengordel. De onderzoekers rapporteren over hun bevindingen in het nummer van vandaagNature Communications.

Heldere, blauwe vlekken op Ceres verbaasde onderzoekers
De bijna bolvormige dwergplaneet Ceres heeft een diameter van bijna duizend kilometer. Het draait om de zon in een elliptische baan nabij de buitenrand van de asteroïdengordel, op afstanden tussen 382 en 445 miljoen kilometer. In tegenstelling tot de bijna uitsluitend rotsachtige asteroïden die dichter bij de zon cirkelen, bevatten de kleine lichamen aan de buitenrand van de asteroïdengordel een aanzienlijke hoeveelheid waterijs. De korst van Ceres kon er aanzienlijke hoeveelheden van opslaan, met schattingen variërend van een tiende tot de helft van het volume. IJs zou dus maar een paar meter onder het oppervlak kunnen liggen.

Op het oppervlak verschilt Ceres niet veel van andere lichamen met kraters. Zijn uiterlijk lijkt op de andere kant van de maan of die van de talrijke ijzige manen van Jupiter of Saturnus. Alleen al om deze reden behoren uitzonderlijk heldere plekken in recente inslagkraters die zonlicht sterk reflecteren, evenals de blauwe gebieden in hun omgeving, tot de meest besproken verschijnselen op Ceres sinds de komst van Dawn. Heldere plekken, zoals in de Occator-krater, worden veroorzaakt door minerale zouten. Deze uitleg is echter niet van toepassing op de blauwe gebieden. Een gebied van enkele duizenden vierkante kilometers bij de Haulani-krater bijvoorbeeld - waarvan wordt aangenomen dat het slechts twee miljoen jaar oud is - vertoont opvallend blauwe spectra. Het is duidelijk dat elke impact van een lichaam op het oppervlak van Ceres ervoor zorgt dat ijs in de korst smelt en zich mengt met de mineralen in de regoliet,

Spectrale metingen die vanuit de baan zijn verkregen door instrumenten aan boord van Dawn hebben aangetoond dat gelaagde silicaten (of phyllosilicaten, van phyllos, Grieks voor blad) op deze locaties aanwezig moeten zijn als essentiële rotsvormende mineralen. Zouten zijn waarschijnlijk ook gestegen in waterige oplossingen van gesmolten ijs. Gelaagde silicaten zoals mica, zwarte biotiet of helder glinsterende muscoviet in granietrots, zijn wijdverspreid op aarde. Omdat basalt (het meest voorkomende vulkanische gesteente) verweerd is, produceert het kleimineralen zoals de phyllosilicaatgroep van smectieten (het mineraal montmorilloniet is een meer algemeen bekende vertegenwoordiger) omdat het in wisselwerking staat met water. Dergelijke phyllosilicaten kunnen uitzetten vanwege de watermoleculen die ze bevatten, wat betekent dat hun volume toeneemt - dat was de benadering voor het laboratoriumexperiment van de planetaire wetenschappers.

Van grijs naar blauw - verdampt water verandert de minerale structuur
De onderzoekers vulden een monstercontainer met een smectietpreparaat dat sterk lijkt op het materiaal op het oppervlak van Ceres, zowel chemisch-mineralogisch als qua spectrale eigenschappen (kleur en helderheid). In het experiment werd het monster gedurende 133 uur blootgesteld aan een hoog vacuüm en lage temperaturen van min 100 graden Celsius - omstandigheden die representatief zijn voor die op Ceres - in het laboratorium van het Instituut voor Planetaire Wetenschappen en Astrofysica aan de Universiteit van Grenoble. Zoals verwacht sublimeerde het waterijs en ontsnapte uit het monster. De fijn poreuze phyllosilicaten bleven echter behouden, waardoor een skeletachtig, poriënrijk residuaal substraat achterbleef. Door de microscopisch kleine holtes nam het volume van de blaren, bijna schuimachtige structuur van het mineraalmonster zelfs aanzienlijk toe. In het proces, zijn spectrale eigenschappen veranderden ook. Het spectrum dat voorheen ongeveer continu was - overeenkomend met wit zonlicht met zijn blauwe, groene en rode componenten tot aan het nabij-infrarood - vertoonde nu significante reflecties van blauw licht.

"Dit is vergelijkbaar met het fenomeen dat ervoor zorgt dat de hemel op aarde blauw lijkt", legt Stefan Schröder uit. "Het relatief witte, langgolvige zonlicht wordt door kleine moleculen in de atmosfeer van de aarde in meer of mindere mate verstrooid, afhankelijk van de golflengte. De delen van het licht met een hogere frequentie - de blauwe golflengten - worden sterker verstrooid dan de delen met een lagere frequentie - de groene en rode golflengten. Het resultaat is dat de lucht blauw lijkt. Op dezelfde manier vindt dit effect, 'Rayleigh-verstrooiing' genaamd, plaats in de holtes van de phyllosilicaten op Ceres waaruit het water is ontsnapt. " De stof in het laboratorium weerkaatste in totaal zo'n 40 procent meer licht, wat de opvallende helderheid van deze oppervlakken op Ceres verklaart. Er is ook een veel hoger aandeel blauw licht in de gereflecteerde golflengten. "Vermoedelijk wordt het voornamelijk veroorzaakt door de minuscule filamenten, minder dan een micrometer groot, die de phyllosilicaten met elkaar verbinden. Ze laten Rayleigh-verstrooiing toe en daarom zien we een groter deel van het meer energetische blauwe licht gereflecteerd", zegt Schröder.

De gebieden op Ceres met een verhoogd aandeel van gereflecteerd blauw licht zijn niet zo helder als de witte gebieden, waarvan de oorsprong terug te voeren is op het opwellen van minerale zouten in mengsels van waterijs, pekel genoemd. Het experiment van de onderzoekers dat sublimatieprocessen simuleerde in het oppervlaktemateriaal van recente kraters op Ceres, heeft aangetoond dat de verdamping van water uit kleimineralen het microscopisch mechanisme is dat de kleine structuren in de regoliet creëert die de blauwe verkleuring veroorzaken. Bij de holtes en de filamenten die ze verbinden, die veel kleiner zijn dan golflengten van zichtbaar licht en het nabij-infrarood, leidt Rayleigh-verstrooiing tot de blauwe verkleuring van het minerale stof.

https://www.dlr.de/content/en/articles/ ... -blue.html

[univers]

Sporen van Ceres' ijzige korst gevonden in Occator Crater
.
Afwijkingen in de verdeling van waterstof in de Occator-krater op de dwergplaneet Ceres onthullen een ijzige korst, zegt een nieuw artikel onder leiding van Tom Prettyman, een Senior Scientist bij het Planetary Science Institute.

Het bewijs is afkomstig van gegevens die zijn verkregen door de Gamma Ray en Neutron Detector (GRaND) ​​aan boord van NASA's Dawn-ruimtevaartuig. Een gedetailleerde kaart van de waterstofconcentratie in de buurt van Occator is afgeleid van waarnemingen van elliptische banen die het ruimtevaartuig tijdens de laatste missiefase heel dicht bij het oppervlak brachten, zei Prettyman. Het artikel getiteld " Aanvulling van waterijs nabij het oppervlak door inslagen in de vluchtig-rijke korst van Ceres: waarnemingen door Dawn's Gamma Ray and Neutron Detector " verschijnt in Geophysical Research Letters . PSI-wetenschappers Yuki Yamashita, Norbert Schorghofer, Carle Pieters en Hanna Sizemore zijn co-auteurs.

De neutronenspectrometer van GRaND vond verhoogde waterstofconcentraties in de buitenste meter van het oppervlak van Occator, een grote, jonge krater met een diameter van 92 kilometer (57 mijl), zegt de krant. Het artikel stelt dat de overtollige waterstof in de vorm van waterijs is. Resultaten bevestigen dat de buitenste korst van Ceres ijsrijk is en dat waterijs kan overleven binnen inslaguitstoot op luchtloze, ijzige lichamen. De gegevens impliceren een gedeeltelijke controle van de verdeling van ijs nabij het oppervlak door grote inslagen en bieden beperkingen aan de oppervlakteleeftijd en de thermofysische eigenschappen van regoliet.


Het onderzoek richtte zich op de Occator-krater (links), die de meest prominente lichtpuntjes van Ceres bevat. De nieuw gerapporteerde kaart (rechts) onthult hogere concentraties waterstof dan verwacht als de nabije ondergrond in de Occator-krater en de ejecta-deken ijsvrij waren. De resultaten geven aan dat de aardkorstmaterialen die door de kratervormende inslag zijn opgegraven, rijk waren aan waterijs. Afbeeldingscredits: NASA/JPL-CalTech/UCLA/MPS/DLR/IDA en Prettyman et al. (2021)

"We denken dat ijs in de ondiepe ondergrond ongeveer 20 miljoen jaar na de vorming van Occator heeft overleefd. Overeenkomsten tussen de wereldwijde distributie van waterstof en het patroon van grote kraters suggereren dat inslagprocessen elders op Ceres ijs naar de oppervlakte hebben gebracht. Dit proces gaat gepaard met het verlies van ijs door sublimatie veroorzaakt door verwarming van het oppervlak door zonlicht, "zei Prettyman.

"De impact die Occator heeft gevormd, zou aardkorstmaterialen hebben opgegraven tot een diepte van 10 kilometer (ongeveer 6 mijl). Dus waargenomen verbeteringen in de waterstofconcentratie in de krater en de ejecta-deken ondersteunen onze interpretatie dat de korst ijsrijk is. De bevindingen versterken de opkomende consensus dat Ceres een gedifferentieerd lichaam is waarin ijs gescheiden is van gesteente om een ​​ijzige buitenste schil en subcrustale oceaan te vormen, "zei Prettyman.

"Kleinere, waterrijke lichamen, inclusief de moederlichamen van de koolstofhoudende chondrietmeteorieten, hebben mogelijk geen differentiatie ervaren. De bevindingen kunnen dus implicaties hebben voor de evolutie van ijzige lichamen, klein en groot, "zei Prettyman. "Meer in het algemeen, als een oceaanwereld, zou Ceres bewoonbaar kunnen zijn en is daarom een ​​aantrekkelijk doelwit voor toekomstige missies."

De studie werd gefinancierd door een subsidie ​​van NASA's Discovery Data Analysis Program, de NASA Dawn Mission en door het SSERVI TREX-project.


Afwijkingen in de verdeling van waterstof in de Occator-krater op de dwergplaneet Ceres onthullen een ijzige korst, zegt een nieuw artikel onder leiding van Tom Prettyman, een Senior Scientist bij het Planetary Science Institute.

https://psi.edu/news/ceresicycrust

meer :https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com ... 21GL094223


Dichtbij metingen. (a) Zeer excentrische banen (zuid-noord traject) maakten de verwerving van Gamma Ray en Neutron Detector (GRaND) ​​gegevens mogelijk met 35 s accumulatie-intervallen op meer dan 5.000 locaties met hoogten van minder dan 100 km (witte punten). Cirkels (rood en zwart) geven de meetlocaties aan die zich het dichtst bij de periapsiden bevinden van de 113 banen die in de analyse zijn gebruikt (tekst S1 ). De metingen bemonsterden geologische eenheden op het oostelijk en westelijk halfrond langs de meridiaan van 60 ° E en 240 ° E, inclusief de -20 Myr oude Occator-krater (Neesemann et al., 2019 ), gecentreerd op 239,33 ° E en 19,82 ° N, en zijn ejecta deken. Zie Williams et al. ( 2019) voor definities van geologische eenheden. (b) Op sommige locaties nabij de evenaar werden hoogten van periapsis van minder dan 30 km bereikt, met grotere hoogten naar de polen. (c) Nabijheid maakte acquisitie van neutronentelgegevens mogelijk met hoge ruimtelijke resolutie en precisie. De reactiesnelheid van 6 Li ( n , α ) in GRaND's met lithium beladen glas (LiG) scintillator (gearceerde gebieden) is gevoelig voor het gehalte aan regolith-waterstof (tekst S1 ). De gemiddelde reactiesnelheid van minder dan 100 km was ongeveer 3x hoger dan waargenomen in Dawn's Low Altitude Mapping Orbit (LAMO).


Distributie van ondergrondse waterstof. (a) De equi-rechthoekige kaart van water-equivalent waterstof werd bepaald aan de hand van 6 Li( n , α ) reactiesnelheden gemeten onder 100 km hoogte. De witte contourlijn, die de grens van de puntenwolk in figuur 1a . benadert , schetst de meest bemonsterde regio, met bijdragen van> 50 metingen op elke kaartlocatie. Buiten de puntenwolk worden waterstofconcentraties uit de gegevens geëxtrapoleerd. (b) De verdeling van waterstof in (a) is uitgezet voor geselecteerde meridianen. De populatiestandaarddeviatie in waterstofconcentratie, bepaald door Monte Carlo-foutpropagatie, wordt weergegeven door verticale lijnen. De verdeling van waterstof, die variabeler is dan het zonale gemiddelde van de lage hoogte in de baan om de aarde (LAMO) (Prettyman et al., 2017) komt overeen met een wereldwijd teruglopende ijstafel. Het mapping-algoritme werd toegepast op gesimuleerde neutronenmetingen met hoge resolutie van de verdeling van ijs bepaald door een ijsstabiliteitsmodel, uitgaande van met ijs gecementeerde grond met een korrelgrootte van 1 m, een porositeit van 0,2 en 10 gew.% waterijs (Prettyman et al. ., 2017 ). Deze parameters kwamen goed overeen met de neutronentelgegevens die in LAMO zijn verkregen. (c) De gegevens op lage hoogte onthullen verhoogde concentraties waterstof in en rond de Occator-krater. Kaartvariaties op ruimtelijke schalen groter dan 50 km (zwarte cirkel) kunnen worden geïnterpreteerd als veranderingen in de samenstelling van de ondergrond. Een geologische kaart van de Occator-regio wordt verstrekt voor context (Scully et al., 2019 ; Williams et al., 2018, met daarin gedefinieerde eenheden). Kaartgegevens worden gesuperponeerd op gearceerd reliëf.


Bewijs voor waterijs in de Occator-krater. (a) De verdeling van waterstof binnen en onmiddellijk rondom Occator bepaald door de Gamma Ray and Neutron Detector (GRaND) ​​wordt vergeleken met die afgeleid uit VIR-minerologie (Text S3 ) (Marchi et al., 2019 ; Raponi et al., 2019 ) . De VIR-afgeleide waterstofconcentratie in de facula en delen van de kraterrand is <16 gew.% eq. H 2O (witte pijlen wijzen naar regio's zonder gegevens in het bereik dat wordt aangegeven door de schaalbalk). De faculae zijn kleiner dan GRaND kan oplossen. Beide kaarten bevatten een lob van relatief waterstofarm materiaal dat zich uitstrekt van het noorden en oosten van de krater (zwarte pijlen). (b) Thermofysische modellering toont aan dat ijs zou kunnen overleven op diepten die door GRaND worden gedetecteerd voor een reeks gerapporteerde leeftijden (Neesemann et al., 2019 ) en haalbare thermofysische eigenschappen van regolith (porositeit en korrelgrootte). Er worden twee gevallen gemodelleerd: 1. Inslag-ejecta die buiten de krater zijn geplaatst, worden verondersteld dezelfde porositeit (0,2) te hebben als bepaald door GRaND in LAMO. 2. In het binnenste van de krater is tijdens de kratervorming mogelijk ijs geconcentreerd in lobvormige afzettingen (Scully et al., 2019) (90 vol.% water, met een bovenliggende sublimatievertraging met een porositeit van 0,5). Kaders geven een plausibele reeks leeftijden en VIR-afgeleide korrelgroottes aan (Raponi et al., 2019 ).


Impactprocessen als een gedeeltelijke controle op de wereldwijde distributie van waterstof. (a) Een kaart van de dichtheid van grote kraters wordt vergeleken met de wereldwijde distributie van waterstof gemeten door de Gamma Ray and Neutron Detector (GRaND) ​​(witte contouren). De kaart werd bepaald door het patroon van grote kraters (20-100 km diameter) gecatalogiseerd door Hiesinger et al. ( 2016 ) naar de ruimtelijke resolutie van GRaND in LAMO met behulp van het smoothing-algoritme van Prettyman et al. ( 2019 ). Een dichtheid van één geeft aan dat kraters het oppervlak volledig bedekken binnen het gezichtsveld van GRaND. Voor de context is de kaart gesuperponeerd op schaduwreliëf en zijn uitgesloten bassins met een diameter van meer dan 100 km omlijnd (zwart). Associaties tussen kraterdichtheid en de wereldwijde distributie van waterstof zijn gedetailleerd in Figuren S2 en S3 . (b) Een mogelijk scenario voor verrijking van oppervlakte-ijs door grote inslagen wordt geïllustreerd. Een deel van het ijs dat uit de korst is opgegraven, overleeft tijdens kratervorming en afkoeling van de smeltplaat en ejecta-deken, waardoor de regoliet wordt verrijkt met waterijs. Het overgebleven ijs trekt zich terug als reactie op zonnestraling.