Nowa metoda pozwala śledzić ewolucję powierzchni asteroid

Powierzchnia asteroid może być badana nie tylko na podstawie jej ukształtowania. Naukowcy wykazali, że analiza odbijanego światła otwiera nowe możliwości śledzenia ewolucji regolitu na ciałach pozbawionych atmosfery.

Nowa metoda badania powierzchni asteroid

W ramach nowego badania naukowcy z Institut de Physique du Globe de Paris wykorzystali obrazy z misji NASA Dawn oraz zaawansowaną metodę analizy danych – bayesowską inwersję modelu fotometrycznego Hapkego (Bayesian inversion of the Hapke photometric model) – do analizy osuwisk i materiału wyrzuconego podczas uderzeń (ejecta deposit) na asteroidzie Westa. Wyniki pokazują, że najjaśniejsze pokrywy występują na powierzchniach, których materiał został przemieszczony stosunkowo niedawno, co otwiera nową możliwość śledzenia ewolucji regolitu na ciałach pozbawionych atmosfery. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”.

Korzystając z obrazów wykonanych podczas misji NASA Dawn, badacze skupili się na dwóch obszarach Westy: jasnych pokrywach osuwiskowych w kraterze Cornelia oraz świeżej pokrywie materiału wyrzuconego wzdłuż skarpy Matronalia Rupes. Obszary te wykazywały wyraźne kontrasty jasności, widoczne na zdjęciach. Zdaniem badaczy ich interpretacja nie była jednak jednoznaczna, ponieważ powierzchnia może wydawać się jaśniejsza dlatego, że została niedawno odsłonięta, zawiera więcej drobnych cząstek, jest bardziej chropowata lub krócej była wystawiona na działanie środowiska kosmicznego.

Analiza światła pozwala odczytać właściwości regolitu

Aby rozdzielić wpływ tych czynników, astronomowie wykorzystali model fotometryczny Hapkego, który opisywał zależność między światłem odbitym od powierzchni a geometrią oświetlenia i obserwacji. Model ten pozwolił oszacować kilka właściwości regolitu, takich jak zdolność do rozpraszania światła, fotometryczną chropowatość oraz sposób, w jaki ziarna rozpraszały światło.

Następnie badacze zastosowali bayesowską inwersję, czyli metodę statystyczną pozwalającą wyznaczyć najbardziej prawdopodobne wartości tych parametrów wraz z oceną niepewności wyników. Dzięki temu zamiast pojedynczych wartości uzyskali rozkłady prawdopodobieństwa dla każdego z analizowanych parametrów.

Jak opisują, wyniki sugerują, że najjaśniejsze pokrywy były jednocześnie najmłodsze z geomorfologicznego punktu widzenia. W kraterze Cornelia osady osuwiskowe skuteczniej odbijają światło niż dno krateru i jego przeciwległa ściana, co potwierdza ich wyższe albedo pojedynczego rozpraszania. Z kolei w Matronalia Rupes świeża pokrywa materiału wyrzuconego była jaśniejsza niż powiązany z nią niewielki krater oraz stok skarpy. Wynik ten nie zmieniał się nawet po uwzględnieniu różnych założeń dotyczących efektu opozycji – zjawiska powodującego, że powierzchnia może wydawać się jaśniejsza, gdy Słońce i obserwator znajdują się niemal w tym samym kierunku względem niej.

Uzyskane kontrasty, zdaniem naukowców, sugerują, że jasne pokrywy są przede wszystkim efektem niedawnych procesów mechanicznych, takich jak osuwanie się materiału, odsłanianie go podczas uderzeń czy segregacja ziaren według wielkości w trakcie przemieszczania. Najjaśniejsze obszary mogą odpowiadać świeższemu, słabiej przekształconemu regolitowi lub być wynikiem redystrybucji drobnych i większych cząstek podczas ich przemieszczania. Z kolei ciemniejsze regiony odzwierciedlają bardziej rozwiniętą powierzchnię, poddaną wietrzeniu kosmicznemu, wymieszaniu ze starszym materiałem lub względnemu zubożeniu w drobne cząstki.

Nowe możliwości badań ciał bez atmosfery

Badanie pokazuje, że samo odbijane przez powierzchnię światło może dostarczyć informacji, których nie ujawnia klasyczna analiza jej ukształtowania. Obrazy wskazały miejsca występowania osuwisk, wyrzuconego materiału i stoków, natomiast analiza odbijanego przez nie światła dostarczyła dodatkowych informacji o stanie powierzchni i względnym stopniu jej ewolucji. Choć niektórych właściwości badacze nadal nie mogą precyzyjnie określić, zastosowana metoda pozwala wiarygodnie uszeregować pokrywy pod względem ich „świeżości”. Astronomowie podkreślają, że podejście to może znaleźć zastosowanie również w badaniach innych ciał pozbawionych atmosfery, których powierzchnie zachowują zapis historii uderzeń, ruchów masowych i wietrzenia kosmicznego.

Emil Gołoś