Nel 2011, la NASA Alba la navicella spaziale stabilì un'orbita attorno al grande asteroide (noto anche come planetoide) noto come Vesta. Nel corso dei prossimi 14 mesi, la sonda ha condotto studi dettagliati sulla superficie di Vesta con la sua suite di strumenti scientifici. Questi risultati hanno rivelato molto sulla storia del planetoide, sulle sue caratteristiche superficiali e sulla sua struttura - che si ritiene sia differenziata, come i pianeti rocciosi.
Inoltre, la sonda ha raccolto informazioni vitali sul contenuto di ghiaccio di Vesta. Dopo aver trascorso gli ultimi tre anni a vagliare i dati della sonda, un team di scienziati ha prodotto un nuovo studio che indica la possibilità di ghiaccio nel sottosuolo. Questi risultati potrebbero avere implicazioni quando si tratta della nostra comprensione di come si sono formati i corpi solari e di come l'acqua sia stata storicamente trasportata attraverso il Sistema Solare.
Il loro studio, intitolato "Orbital Bistatic Radar Observations of Asteroid Vesta by the Dawn Mission", è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Nature Communications. Guidato da Elizabeth Palmer, una studentessa laureata presso la Western Michigan University, il team si è basato sui dati ottenuti dall'antenna di comunicazione a bordo della navicella spaziale Dawn per condurre la prima osservazione orbitale di bisturi radar (BSR) di Vesta.
Questa antenna - l'antenna per telecomunicazioni ad alto guadagno (HGA) - ha trasmesso le onde radio in banda X durante la sua orbita di Vesta all'antenna Deep Space Network (DSN) sulla Terra. Durante la maggior parte della missione, l'orbita di Dawn è stata progettata per garantire che l'HGA fosse in linea con le stazioni di terra sulla Terra. Tuttavia, durante le occultazioni - quando la sonda passava dietro Vesta per 5 o 33 minuti alla volta - la sonda era fuori da questa linea di vista.
Tuttavia, l'antenna trasmetteva continuamente dati di telemetria, causando il riflesso delle onde radar trasmesse HGA dalla superficie di Vesta. Questa tecnica, nota come osservazione di radar bistatici (BSR) è stata utilizzata in passato per studiare le superfici di corpi terrestri come Mercurio, Venere, Luna, Marte, Luna di Saturno, Titano e la cometa 67P / CG.
Ma come ha spiegato Palmer, usare questa tecnica per studiare un corpo come Vesta è stata la prima per gli astronomi:
“Questa è la prima volta che un esperimento radar bistatico è stato condotto in orbita attorno a un piccolo corpo, quindi ciò ha comportato diverse sfide uniche rispetto allo stesso esperimento condotto su grandi corpi come la Luna o Marte. Ad esempio, poiché il campo di gravità attorno a Vesta è molto più debole di Marte, la navicella spaziale Dawn non deve orbitare a una velocità molto elevata per mantenere la sua distanza dalla superficie. La velocità orbitale del veicolo spaziale diventa importante, tuttavia, poiché più veloce è l'orbita, più la frequenza dell'eco di superficie viene modificata (Doppler spostato) rispetto alla frequenza del "segnale diretto" (che è il segnale radio senza ostacoli) che viaggia direttamente dall'HGA di Dawn alle antenne della Deep Space Network terrestre senza sfiorare la superficie di Vesta). I ricercatori possono dire la differenza tra un 'eco di superficie' e il 'segnale diretto' dalla loro differenza di frequenza, quindi con la velocità orbitale più lenta di Dawn attorno a Vesta, questa differenza di frequenza era molto piccola e richiedeva più tempo per elaborare i dati BSR e isolare gli "echi di superficie" per misurarne la forza ".
Studiando le onde riflesse della BSR, Palmer e il suo team sono stati in grado di ottenere informazioni preziose dalla superficie di Vesta. Da ciò, hanno osservato differenze significative nella riflettività del radar di superficie. Ma a differenza della Luna, queste variazioni della rugosità superficiale non potevano essere spiegate solo da crateri ed erano probabilmente dovute all'esistenza di ghiaccio tritato. Come ha spiegato Palmer:
“Abbiamo scoperto che questo era il risultato di differenze nella rugosità della superficie alla scala di pochi pollici. Gli echi di superficie più forti indicano superfici più lisce, mentre gli echi di superficie più deboli sono rimbalzati su superfici più ruvide. Quando abbiamo confrontato la nostra mappa di rugosità superficiale di Vesta con una mappa delle concentrazioni di idrogeno nel sottosuolo - che è stata misurata dagli scienziati di Dawn utilizzando il Gamma Ray e il rivelatore di neutroni (GRaND) sul veicolo spaziale - abbiamo scoperto che vaste aree più lisce si sovrapponevano ad aree che avevano anche aumentato l'idrogeno concentrazioni!”
Alla fine, Palmer e i suoi colleghi conclusero che la presenza di ghiaccio sepolto (passato e / o presente) su Vesta era responsabile di parti della superficie più lisce di altre. Fondamentalmente, ogni volta che si verificava un impatto sulla superficie, trasferiva una grande quantità di energia nel sottosuolo. Se lì fosse presente del ghiaccio sepolto, questo si scioglierebbe a causa dell'evento di impatto, scorrendo in superficie lungo le fratture generate dall'impatto e quindi congelandosi in posizione.
Più o meno allo stesso modo in cui luna come Europa, Ganimede e Titania sperimentano il rinnovamento della superficie a causa del modo in cui il crio-vulcanismo fa sì che l'acqua liquida raggiunga la superficie (dove si rigenera), la presenza di ghiaccio nel sottosuolo causerebbe il livellamento di parti della superficie di Vesta col tempo. Ciò alla fine porterebbe al tipo di terreno irregolare a cui Palmer e i suoi colleghi hanno assistito.
Questa teoria è supportata dalle grandi concentrazioni di idrogeno che sono state rilevate su terreni più lisci che misurano centinaia di chilometri quadrati. È anche coerente con le prove geomorfologiche ottenute dalle immagini della Dawn Framing Camera, che mostravano segni di flusso d'acqua transitorio sulla superficie di Vesta. Questo studio ha inoltre contraddetto alcune ipotesi precedentemente espresse su Vesta.
Come ha osservato Palmer, ciò potrebbe anche avere implicazioni per quanto riguarda la nostra comprensione della storia e dell'evoluzione del sistema solare:
"Ci si aspettava che l'asteroide Vesta avesse esaurito il contenuto di acqua molto tempo fa attraverso lo scioglimento globale, la differenziazione e il vasto giardinaggio di regolite da impatti di corpi più piccoli. Tuttavia, le nostre scoperte supportano l'idea che su Vesta potrebbe esistere ghiaccio sepolto, che è una prospettiva entusiasmante poiché Vesta è un protopianeta che rappresenta una fase iniziale nella formazione di un pianeta. Più apprendiamo dove esiste il ghiaccio d'acqua in tutto il Sistema Solare, meglio capiremo come l'acqua è stata consegnata alla Terra e quanto era intrinseco all'interno della Terra durante le prime fasi della sua formazione. "
Questo lavoro è stato sponsorizzato dal programma Planetary Geology and Geophysics della NASA, uno sforzo basato su JPL che si concentra sulla promozione della ricerca di pianeti simili ai terrestri e dei principali satelliti nel Sistema Solare. Il lavoro è stato condotto anche con l'assistenza della Scuola di Ingegneria di Viterbi dell'USC come parte di uno sforzo continuo per migliorare l'imaging radar e a microonde per localizzare le sorgenti sotterranee di acqua su pianeti e altri corpi.
