في عام 2011 ، وكالة ناسا فجرمركبة فضائية تم إنشاء مدار حول الكويكب الكبير (المعروف أيضًا باسم كوكب الأرض) المعروف باسم فيستا. على مدار الـ 14 شهرًا التالية ، أجرى المسبار دراسات تفصيلية لسطح فيستا بمجموعة من الأدوات العلمية. كشفت هذه النتائج الكثير عن تاريخ الكوكب ، وخصائص سطحه ، وهيكله - الذي يُعتقد أنه مختلف ، مثل الكواكب الصخرية.
بالإضافة إلى ذلك ، جمع المسبار معلومات حيوية عن محتوى الجليد في فيستا. بعد قضاء السنوات الثلاث الماضية في غربلة بيانات المسبار ، أنتج فريق من العلماء a دراسة جديدة يشير إلى إمكانية وجود جليد تحت السطح. يمكن أن يكون لهذه النتائج آثار عندما يتعلق الأمر بفهمنا لكيفية تشكل الأجسام الشمسية وكيف تم نقل المياه تاريخيًا في جميع أنحاء النظام الشمسي.
دراستهم بعنوان “أربيتال بيستاتيك رادار أرصاد الكويكب فيستا من قبل بعثة الفجر '، تم نشره مؤخرًا في المجلة العلميةاتصالات الطبيعة.بقيادة إليزابيث بالمر ، طالبة دراسات عليا من جامعة ويسترن ميشيغان ، اعتمد الفريق على البيانات التي حصل عليها هوائي الاتصالات على متن المركبة الفضائية دون لإجراء أول رصد للرادار ثنائي القطب (BSR) لفيستا.
عرض فني لمركبة Dawn الفضائية التي تدور حول فيستا. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
هذا الهوائي - هوائي الاتصالات عالي الكسب (HGA) - ينقل موجات الراديو X-band خلال مداره في Vesta إلى شبكة الفضاء السحيق هوائي (DSN) على الأرض. خلال معظم المهمة ، تم تصميم مدار Dawn لضمان أن يكون HGA في خط الرؤية مع المحطات الأرضية على الأرض. ومع ذلك ، أثناء حالات الغيب - عندما مر المسبار خلف فيستا لمدة 5 إلى 33 دقيقة في المرة الواحدة - كان المسبار بعيدًا عن خط الرؤية هذا.
ومع ذلك ، كان الهوائي يرسل باستمرار بيانات القياس عن بعد ، مما تسبب في انعكاس موجات الرادار المرسلة بواسطة HGA على سطح فيستا. تم استخدام هذه التقنية ، المعروفة باسم أرصاد الرادار ثنائي الاتجاه (BSR) في الماضي لدراسة أسطح الأجسام الأرضية مثل عطارد والزهرة والقمر والمريخ وقمر زحل تيتان والمذنب 67P / CG.
ولكن كما أوضح بالمر ، كان استخدام هذه التقنية لدراسة جسم مثل فيستا هو الأول من نوعه بالنسبة لعلماء الفلك:
'هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إجراء تجربة رادار ثنائي الساكن في مدار حول جسم صغير ، لذلك جلب هذا العديد من التحديات الفريدة مقارنة بنفس التجربة التي أجريت على أجسام كبيرة مثل القمر أو المريخ. على سبيل المثال ، نظرًا لأن مجال الجاذبية حول فيستا أضعف بكثير من كوكب المريخ ، لا يتعين على مركبة داون الفضائية أن تدور بسرعة عالية جدًا للحفاظ على بعدها عن السطح. تصبح السرعة المدارية للمركبة الفضائية مهمة ، لأنه كلما كان المدار أسرع ، يتغير تردد 'صدى السطح' (تم إزاحة دوبلر) مقارنةً بتردد 'الإشارة المباشرة' (وهي إشارة الراديو غير المعوقة التي تنتقل مباشرة من HGA الخاص بشركة Dawn إلى هوائيات شبكة الفضاء العميق للأرض دون الرعي على سطح Vesta). يمكن للباحثين معرفة الفرق بين 'صدى السطح' و 'الإشارة المباشرة' من خلال اختلاف التردد بينهما - لذلك مع السرعة المدارية الأبطأ لـ Dawn حول Vesta ، كان فرق التردد هذا صغيرًا جدًا ، وتطلب مزيدًا من الوقت لنا لمعالجة بيانات BSR وعزل 'أصداء السطح' لقياس قوتها. '
هذه الخريطة الجيولوجية عالية الدقة لـ Vesta مستمدة من بيانات مركبة Dawn الفضائية. تمثل الألوان البنية أقدم الأسطح وأكثرها حفرًا. الائتمان: NASA / JPL-Caltech / ASU
من خلال دراسة موجات BSR المنعكسة ، تمكنت بالمر وفريقها من الحصول على معلومات قيمة من سطح فيستا. من هذا ، لاحظوا اختلافات كبيرة في انعكاس الرادار السطحي. ولكن على عكس القمر ، لا يمكن تفسير هذه الاختلافات في خشونة السطح بالحفر وحده ، وربما يرجع ذلك إلى وجود الجليد الأرضي. كما أوضح بالمر:
وجدنا أن هذا كان نتيجة الاختلافات في خشونة السطح بمقياس بضع بوصات. تشير أصداء الأسطح الأقوى إلى أسطح أكثر نعومة ، بينما ارتد أصداء السطح الأضعف عن الأسطح الخشنة. عندما قارنا خريطة خشونة السطح الخاصة بنا لـ Vesta مع خريطة لتركيزات الهيدروجين تحت السطحية - والتي تم قياسها بواسطة علماء Dawn باستخدام كاشف أشعة جاما والنيوترون (GRaND) على المركبة الفضائية - وجدنا أن مناطق واسعة أكثر سلاسة متداخلة والتي تحتوي أيضًا على هيدروجين مرتفع تركيزات! '
في النهاية ، خلصت بالمر وزملاؤها إلى أن وجود الجليد المدفون (في الماضي و / أو الحاضر) على فيستا كان مسؤولاً عن أن تكون أجزاء من السطح أكثر نعومة من غيرها. في الأساس ، كلما حدث تأثير على السطح ، فإنه ينقل قدرًا كبيرًا من الطاقة إلى باطن الأرض. إذا كان الجليد المدفون موجودًا هناك ، فسوف يذوب بحدث الاصطدام ، ويتدفق إلى السطح على طول الكسور الناتجة عن الاصطدام ، ثم يتجمد في مكانه.
بنفس الطريقة التي يختبر بها القمر مثل أوروبا وجانيميد وتيتانيا تجديد السطح بسبب الطريقة التي تتسبب بها البراكين البركانية في وصول الماء السائل إلى السطح (حيث يتجمد مجددًا) ، فإن وجود الجليد تحت السطح قد يتسبب في تلطيف أجزاء من سطح فيستا. متأخر، بعد فوات الوقت. سيؤدي هذا في النهاية إلى أنواع التضاريس غير المستوية التي شهدتها بالمر وزملاؤها.
كوكب فستا ، الذي درسه مسبار الفجر بين يوليو 2011 وسبتمبر 2012. Credit: NASA
تدعم هذه النظرية التركيزات الكبيرة للهيدروجين التي تم اكتشافها على تضاريس أكثر نعومة تبلغ مساحتها مئات الكيلومترات المربعة. كما أنه يتوافق مع الأدلة الجيومورفولوجية التي تم الحصول عليها من كاميرا الفجر الصور التي أظهرت علامات تدل على تدفق عابر للمياه فوق سطح فستا. تناقضت هذه الدراسة أيضًا مع بعض الافتراضات السابقة حول فيستا.
كما لاحظ بالمر ، قد يكون لهذا أيضًا آثار فيما يتعلق بفهمنا لتاريخ وتطور النظام الشمسي:
'كان من المتوقع أن يكون الكويكب فيستا قد استنفد أي محتوى مائي منذ فترة طويلة من خلال الذوبان العالمي ، والتمايز ، والبستنة الثرية الواسعة من خلال التأثيرات من الأجسام الأصغر. ومع ذلك ، تدعم النتائج التي توصلنا إليها فكرة أن الجليد المدفون ربما كان موجودًا على فيستا ، وهو احتمال مثير لأن فيستا هو كوكب أولي يمثل مرحلة مبكرة في تكوين كوكب. كلما عرفنا المزيد عن مكان وجود الجليد المائي في جميع أنحاء النظام الشمسي ، كلما فهمنا بشكل أفضل كيفية توصيل المياه إلى الأرض ، ومقدار ما كان جوهريًا في باطن الأرض خلال المراحل الأولى من تكوينه. '
تمت رعاية هذا العمل من قبل وكالة ناسا جيولوجيا الكواكب والجيوفيزياء برنامج ، وهو جهد قائم على مختبر الدفع النفاث يركز على تعزيز البحث عن الكواكب الشبيهة بالأرض والأقمار الصناعية الرئيسية في النظام الشمسي. تم إجراء العمل أيضًا بمساعدة USC مدرسة فيتربي للهندسة كجزء من جهد مستمر لتحسين التصوير بالرادار والميكروويف لتحديد مصادر المياه الجوفية على الكواكب والأجسام الأخرى.
قراءة متعمقة: USC و اتصالات الطبيعة