Stellen Sie sich eine Zeit in der Vergangenheit des Sonnensystems vor, in der die Asteroiden kein festes Gestein waren, sondern Klumpen aus geschmolzenem Eisen. Klingt seltsam, aber vielleicht war es so. Und unter den richtigen Bedingungen wären aus einigen dieser Asteroiden Vulkane entstanden. Einer dieser Asteroiden, Psyche, ist das Ziel einer NASA-Mission.
Zu diesem Schluss kamen Wissenschaftler der University of Santa Cruz in einer neuen Studie, die demnächst in veröffentlicht wird Geophysikalische Forschungsbriefe .
Die Wissenschaftler sind Francis Nimmo, Professor für Erd- und Planetenwissenschaften an der University of California, Santa Cruz (UCSC), und der Doktorand Jacob Abrahams. Sie begannen diese Forschung wegen der Pläne der NASA, eine Raumschiff zum Asteroiden Psyche . Psyche ist ein einzigartiger Asteroid; Er ist nicht nur der größte Asteroid in unserem Sonnensystem, sondern scheint auch der freiliegende Eisen- und Nickelkern eines frühen Planeten zu sein.
Im Chaos des frühen Sonnensystems kollidierten Gesteinsbrocken und manchmal kombinierten sie sich. Im Laufe der Zeit bildeten sie immer größere Brocken, die sich schließlich zu den Gesteinsplaneten formten. In vollständig ausgebildeten Planeten wie der Erde ist der Eisen- und Nickelkern unter einer Silikatkruste begraben. Es ist auf allen terrestrischen Planeten und Monden und auf den meisten Asteroiden gleich.
Aber einige Planetesimale hätten katastrophale Kollisionen erlitten, und ihre äußeren Schichten wären abgelöst worden und hätten den freigelegten geschmolzenen eisenreichen Kern zurückgelassen. Dieser Kern hätte sich bei den eisigen Temperaturen im Weltraum abgekühlt, wobei sich die Oberfläche wahrscheinlich zuerst verfestigte. Das ist ihrer Meinung nach mit Psyche passiert.
„Eines Tages drehte er sich zu mir um und sagte: ‚Ich glaube, diese Dinge werden ausbrechen.‘“
Professor Francis Nimmo, UCSC Erd- und Planetenwissenschaften.
Im Vorfeld der NASA-Mission nach Psyche interessierte sich Nimmo für metallische Asteroiden. Ihn interessierte ihre Zusammensetzung und welche Hinweise auf diese Zusammensetzung die Meteoriten hier auf der Erde liefern könnten. Er ließ den Doktoranden Jacob Abrahams einige Modelle von der Entstehung und Abkühlung der Asteroiden erstellen.
Es stellt sich heraus, dass zumindest einige dieser Asteroiden Vulkanausbrüche von geschmolzenem Eisen erlebt haben.
'Eines Tages drehte er sich zu mir um und sagte: 'Ich glaube, diese Dinge werden ausbrechen'', sagte Nimmo in a Pressemitteilung . „Ich hatte noch nie darüber nachgedacht, aber es macht Sinn, weil man unter einer dichten Kruste eine schwimmfähige Flüssigkeit hat, also will die Flüssigkeit nach oben kommen.“
Diese Ferrovulkane wären nicht auf all diesen freigelegten Kern-Asteroiden ausgebrochen. Sie müssten massiv genug gewesen sein, damit die Oberfläche schnell abkühlte und erstarrte, während der Kern geschmolzen blieb. Aber nicht alle hätten sich so verhalten.
„In einigen Fällen würde es von der Mitte nach außen kristallisieren und hätte keinen Vulkanismus, aber einige würden von oben nach unten kristallisieren, sodass Sie eine feste Metallplatte auf der Oberfläche mit flüssigem Metall darunter erhalten“, sagte Nimmo.
Bei diesen metallischen Asteroiden hätte die erstarrte Kruste den schwimmenden, geschmolzenen Kern komprimiert. Das hätte das geschmolzene Eisen im Kern eingeschlossen gehalten. Aber im Laufe der Zeit hätte es Veränderungen in der Kruste gegeben.
Die Kruste würde abkühlen und die Kompression und Abkühlung hätten Spannungsrisse und Fehler in der Kruste gebildet. Der geschmolzene Kern war schwimmfähiger und würde unter Druck stehen. Bei der Bildung von Rissen und Verwerfungen wäre das geschmolzene Eisen entwichen und hätte Ferro-Vulkane gebildet.
„…nichts wie die dicken, zähflüssigen Lavaströme, die Sie auf Hawaii sehen.“
Professor Francis Nimmo, UCSC Erd- und Planetenwissenschaften.
Wir wissen nicht, wie genau diese Ferrovulkane ausgesehen hätten. Aber nach Ansicht der beiden Forscher gibt es zumindest ein paar Möglichkeiten. hängt stark von der Zusammensetzung des geschmolzenen Gesteins ab.
'Wenn es hauptsächlich reines Eisen ist, dann würden sich Eruptionen von dünnflüssigen Oberflächenströmen in dünnen Schichten ausbreiten, also nichts wie die dicken, viskosen Lavaströme, die Sie auf Hawaii sehen', sagte Abrahams. „Im anderen Extrem, wenn leichte Elemente vermischt sind und Gase, die sich schnell ausdehnen, könnte es zu explosivem Vulkanismus kommen, der Löcher in der Oberfläche hinterlassen könnte.“
Der Sarychev-Vulkan in Japan bricht 2009 aus. Auf einem Asteroiden würden Vulkane diese Art von Kuppeln nicht bilden und würden wahrscheinlich eher wie Versickerungen aussehen. Bildnachweis: NASA/JSC/Image Science and Analysis Laboratory
Es ist unwahrscheinlich, dass die Psyche-Mission der NASA klare Beweise für diesen Ferrovulkanismus finden wird. Das alles geschah vor Milliarden von Jahren, und seither hätten Kollisionen und Abnutzung die Oberfläche von Asteroiden wie Psyche geformt. 'Es ist nicht klar, wie sie jetzt aussehen könnten', sagte Abrahams.
Aber es kann immer noch einige Anzeichen dieser Ferro-Vulkane geben. Auf der Oberfläche kann es zu Farbabweichungen des Materials kommen. Es kann sogar einige Vulkanschlote geben. Aber erwarten Sie keine Lavakegel.
Bei der Psyche-Mission geht es nicht ausschließlich darum, Beweise für vulkanische Aktivität zu finden; es hat andere Wissenschaftsziele . Tatsächlich könnte der beste Ort, um Beweise für ferrovulkanische Aktivität auf Asteroiden wie Psyche zu finden, laut Nimmo in metallischen Asteroiden hier auf der Erde liegen.
„Es gibt viele dieser metallischen Meteoriten, und jetzt, da wir wissen, wonach wir suchen, könnten wir in ihnen Hinweise auf Vulkanismus finden“, sagte Nimmo. „Wenn Material auf die Oberfläche ausbrechen würde, würde es sehr schnell abkühlen, was sich in der Zusammensetzung des Meteoriten widerspiegeln würde. Und es könnte Löcher haben, die durch entweichendes Gas hinterlassen wurden.“
Das Wissenschaftlerpaar präsentierte diese Ergebnisse kürzlich auf einer Konferenz für Mond- und Planetenwissenschaften und stellte fest, dass ein anderes Forschungsteam zu demselben Schluss gekommen war. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse dieses Teams ist Hier .
Dies sind interessante Ergebnisse, zum Teil wegen des Bildes, das sie zeichnen. Ein Planetesimal oder Protoplanet, der durch das alte Sonnensystem reist, erleidet eine katastrophale Kollision. Die Oberfläche wird abgestreift, so dass nur ein geschmolzener Kern zurückbleibt. Die Oberfläche kühlt ab und fängt den geschmolzenen Kern darunter ein, nur um in Ferrovulkanen zu entweichen, da Spannungen Risse in der Oberfläche erzwingen.
'Es ist keine schockierende Idee, aber wir hatten noch nie zuvor über Eisenvulkanismus nachgedacht, daher ist es etwas Neues und Interessantes zu untersuchen', sagte Abrahams.
Die Psyche-Mission der NASA soll 2022 starten. 2026 wird sie Psyche erreichen, dann 21 Monate lang den Asteroiden umkreisen, seine Oberflächenmerkmale kartieren und seine anderen Eigenschaften untersuchen. Das Raumfahrzeug wird mehrere Instrumente enthalten:
- Multispektraler Imager
- Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer
- Magnetometer
- Untersuchung der X-Band-Schwerkraftforschung
Die Psyche-Mission wird auch ein neues Laserkommunikationssystem namens Deep Space Optical Communication (DSOC) testen.
