Το 2011, της NASA Αυγή διαστημικό σκάφος καθιέρωσε τροχιά γύρω από τον μεγάλο αστεροειδή (γνωστό και ως πλανητοειδές) γνωστό ως Vesta. Κατά τη διάρκεια των επόμενων 14 μηνών, ο ανιχνευτής διεξήγαγε λεπτομερείς μελέτες της επιφάνειας του Vesta με τη σειρά επιστημονικών οργάνων. Αυτά τα ευρήματα αποκάλυψαν πολλά για την ιστορία του πλανητοειδούς, τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας και τη δομή του - η οποία πιστεύεται ότι διαφοροποιείται, όπως οι βραχώδεις πλανήτες.
Επιπλέον, ο ανιχνευτής συγκέντρωσε ζωτικές πληροφορίες για το περιεχόμενο πάγου της Vesta. Αφού πέρασε τα τελευταία τρία χρόνια κοσκινίζοντας τα δεδομένα του ανιχνευτή, μια ομάδα επιστημόνων έχει εκπονήσει μια νέα μελέτη που δείχνει την πιθανότητα υπογείου πάγου. Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν επιπτώσεις στην κατανόησή μας για το πώς σχηματίστηκαν τα ηλιακά σώματα και πώς το νερό μεταφέρθηκε ιστορικά σε όλο το ηλιακό σύστημα.
Η μελέτη τους, με τίτλο «Παρατηρήσεις Orbital Bistatic Radar of Asteroid Vesta by the Dawn Mission», δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Επικοινωνία φύσης. Με επικεφαλής την Ελίζαμπεθ Πάλμερ, απόφοιτο φοιτητή από το Πανεπιστήμιο του Δυτικού Μίσιγκαν, η ομάδα βασίστηκε σε δεδομένα που ελήφθησαν από την κεραία επικοινωνιών στο διαστημικό σκάφος της Dawn για να πραγματοποιήσει την πρώτη παρατήρηση του τροχιακού βιστατικού ραντάρ (BSR) του Vesta.
Αυτή η κεραία - η κεραία τηλεπικοινωνιών υψηλής απόδοσης (HGA) - μεταδίδει ραδιοκύματα ζώνης Χ κατά τη διάρκεια της τροχιάς της Vesta στην κεραία Deep Space Network (DSN) στη Γη. Κατά τη διάρκεια της πλειοψηφίας της αποστολής, η τροχιά της Dawn σχεδιάστηκε για να διασφαλίσει ότι το HGA ήταν στο οπτικό πεδίο με επίγειους σταθμούς στη Γη. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια απόκρυψης - όταν ο ανιχνευτής πέρασε πίσω από το Vesta για 5 έως 33 λεπτά κάθε φορά - ο ανιχνευτής ήταν εκτός αυτής της οπτικής γωνίας.
Παρ 'όλα αυτά, η κεραία μεταδίδει συνεχώς δεδομένα τηλεμετρίας, τα οποία προκάλεσαν τα κύματα ραντάρ που εκπέμπονται από HGA να αντανακλούν από την επιφάνεια του Vesta. Αυτή η τεχνική, γνωστή ως παρατηρήσεις βιστατικού ραντάρ (BSR), έχει χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για να μελετήσει τις επιφάνειες των επίγειων σωμάτων, όπως ο Ερμής, η Αφροδίτη, η Σελήνη, ο Άρης, ο Τιτάνας του φεγγαριού του Κρόνου και ο κομήτης 67P / CG.
Αλλά όπως εξήγησε ο Palmer, η χρήση αυτής της τεχνικής για τη μελέτη ενός σώματος όπως το Vesta ήταν το πρώτο για τους αστρονόμους:
«Είναι η πρώτη φορά που ένα πείραμα διστατικού ραντάρ πραγματοποιήθηκε σε τροχιά γύρω από ένα μικρό σώμα, οπότε αυτό έφερε αρκετές μοναδικές προκλήσεις σε σύγκριση με το ίδιο πείραμα που έγινε σε μεγάλα σώματα όπως η Σελήνη ή ο Άρης. Για παράδειγμα, επειδή το πεδίο βαρύτητας γύρω από το Vesta είναι πολύ ασθενέστερο από τον Άρη, το διαστημικό σκάφος της Dawn δεν χρειάζεται να περιστρέφεται σε πολύ υψηλή ταχύτητα για να διατηρήσει την απόσταση του από την επιφάνεια. Η τροχιακή ταχύτητα του διαστημικού σκάφους γίνεται σημαντική, ωστόσο, επειδή όσο πιο γρήγορη είναι η τροχιά, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα της «επιφανειακής ηχώ» (Doppler μετατοπίζεται) σε σύγκριση με τη συχνότητα του «άμεσου σήματος» (που είναι το ανεμπόδιστο ραδιο σήμα που ταξιδεύει απευθείας από το HGA της Dawn στις κεραίες Deep Space Network της Γης χωρίς να βόσκουν την επιφάνεια του Vesta). Οι ερευνητές μπορούν να πουν τη διαφορά μεταξύ της «επιφανειακής ηχώ» και του «άμεσου σήματος» από τη διαφορά τους στη συχνότητα. Έτσι, με τη χαμηλότερη τροχιακή ταχύτητα της Dawn γύρω από το Vesta, αυτή η διαφορά συχνότητας ήταν πολύ μικρή και απαιτούσε περισσότερο χρόνο για να επεξεργαστούμε τα δεδομένα BSR και απομονώστε τους «ηχώ της επιφάνειας» για να μετρήσετε τη δύναμή τους. »
Μελετώντας τα αντανακλασμένα κύματα BSR, η Palmer και η ομάδα της κατάφεραν να αποκτήσουν πολύτιμες πληροφορίες από την επιφάνεια της Vesta. Από αυτό, παρατήρησαν σημαντικές διαφορές στην ανακλαστικότητα επιφανειακών ραντάρ. Αλλά σε αντίθεση με το φεγγάρι, αυτές οι διαφορές στην τραχύτητα της επιφάνειας δεν μπορούσαν να εξηγηθούν μόνο με το κρασί και πιθανότατα οφείλεται στην ύπαρξη εδάφους-πάγου. Όπως εξήγησε ο Palmer:
«Βρήκαμε ότι αυτό ήταν το αποτέλεσμα των διαφορών στην τραχύτητα της επιφάνειας στην κλίμακα μερικών ιντσών. Οι ισχυρότεροι ηχώ υποδηλώνουν ομαλότερες επιφάνειες, ενώ οι πιο αδύναμοι ηχώ έχουν αναπηδήσει από τραχύτερες επιφάνειες. Όταν συγκρίναμε τον χάρτη επιφανειακής τραχύτητας του Vesta με έναν χάρτη συγκεντρώσεων υδρογόνου κάτω από την επιφάνεια - ο οποίος μετρήθηκε από τους επιστήμονες της Dawn χρησιμοποιώντας τον ανιχνευτή Gamma Ray και Neutron (GRaND) στο διαστημικό σκάφος - βρήκαμε ότι εκτεταμένες ομαλότερες περιοχές επικαλύπτονταν περιοχές που είχαν επίσης αυξημένο υδρογόνο συγκεντρώσεις! "
Στο τέλος, η Palmer και οι συνάδελφοί της κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η παρουσία θαμμένου πάγου (παρελθόν ή / και παρόν) στο Vesta ήταν υπεύθυνη για τα μέρη της επιφάνειας που ήταν πιο ομαλά από άλλα. Βασικά, όποτε συνέβαινε κρούση στην επιφάνεια, μετέφερε μεγάλη ενέργεια στην επιφάνεια. Εάν υπήρχε θαμμένος πάγος εκεί, θα έλιωνε από το συμβάν κρούσης, θα ρέει στην επιφάνεια κατά μήκος καταγμάτων που δημιουργούνται από κρούση και στη συνέχεια θα παγώσει στη θέση του.
Με τον ίδιο τρόπο που το φεγγάρι όπως η Europa, η Ganymede και η Τιτανία βιώνουν την ανανέωση της επιφάνειας λόγω του τρόπου με τον οποίο ο κρυοβολισμός προκαλεί την υγρασία του υγρού νερού στην επιφάνεια (όπου καταψύχεται), η παρουσία υπογείου πάγου θα προκαλούσε εξομάλυνση τμημάτων της επιφάνειας της Vesta στο περασμα του χρονου. Αυτό τελικά θα οδηγούσε σε είδη άνισων περιοχών που είδαν η Palmer και οι συνάδελφοί της.
Αυτή η θεωρία υποστηρίζεται από τις μεγάλες συγκεντρώσεις υδρογόνου που εντοπίστηκαν σε ομαλότερες εκτάσεις που έχουν μέγεθος εκατοντάδων τετραγωνικών χιλιομέτρων. Είναι επίσης σύμφωνο με γεωμορφολογικά στοιχεία που ελήφθησαν από τις εικόνες της Dawn Framing Camera, οι οποίες έδειξαν σημάδια παροδικής ροής νερού πάνω από την επιφάνεια του Vesta. Αυτή η μελέτη αντιφάσκει επίσης με κάποιες προηγούμενες υποθέσεις σχετικά με το Vesta.
Όπως σημείωσε ο Palmer, αυτό θα μπορούσε επίσης να έχει επιπτώσεις όσον αφορά την κατανόηση της ιστορίας και της εξέλιξης του Ηλιακού Συστήματος:
«Ο αστεροειδής Vesta αναμενόταν να έχει εξαντλήσει οποιαδήποτε περιεκτικότητα σε νερό πριν από πολύ καιρό μέσω παγκόσμιας τήξης, διαφοροποίησης και εκτεταμένης κηπουρικής regolith από κρούσεις από μικρότερα σώματα. Ωστόσο, τα ευρήματά μας υποστηρίζουν την ιδέα ότι ο θαμμένος πάγος μπορεί να υπήρχε στο Vesta, κάτι που είναι μια συναρπαστική προοπτική, καθώς το Vesta είναι ένας πρωτοπλάνος που αντιπροσωπεύει ένα πρώιμο στάδιο στη δημιουργία ενός πλανήτη. Όσο περισσότερα μαθαίνουμε για το πού υπάρχει νερό-πάγος σε όλο το Ηλιακό Σύστημα, τόσο καλύτερα θα καταλάβουμε πώς παραδόθηκε νερό στη Γη και πόσο ουσιαστικό ήταν το εσωτερικό της Γης κατά τα πρώτα στάδια του σχηματισμού του. "
Αυτό το έργο χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα Planetary Geology and Geophysics της NASA, μια προσπάθεια που βασίζεται στην JPL και επικεντρώνεται στην προώθηση της έρευνας επίγειων πλανητών και μεγάλων δορυφόρων στο Ηλιακό Σύστημα. Η εργασία διεξήχθη επίσης με τη βοήθεια της Σχολής Μηχανικών Viterbi της USC στο πλαίσιο μιας συνεχιζόμενης προσπάθειας για τη βελτίωση της απεικόνισης ραντάρ και μικροκυμάτων για τον εντοπισμό υπογείων πηγών νερού σε πλανήτες και άλλα σώματα.
