Stel je een tijd voor in het verleden van het zonnestelsel waar de asteroïden geen vast gesteente waren, maar klodders gesmolten ijzer. Het klinkt raar, maar dat kan het geval zijn geweest. En onder de juiste omstandigheden zouden sommige van die asteroïden vulkanen zijn ontsproten. Een van die asteroïden, Psyche, is de bestemming voor een NASA-missie.
Dat is de conclusie die wetenschappers van de Universiteit van Santa Cruz kwamen in een nieuwe studie die binnenkort in Geophysical Research Letters zal worden gepubliceerd.
De wetenschappers zijn Francis Nimmo, hoogleraar Aard- en planeetwetenschappen aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz (UCSC), en afgestudeerde student Jacob Abrahams. Ze begonnen aan dit onderzoek vanwege de plannen van NASA om een ruimtevaartuig naar de asteroïde Psyche te sturen. Psyche is een unieke asteroïde; het is niet alleen de grootste asteroïde in ons zonnestelsel, maar het lijkt de blootgestelde ijzer- en nikkelkern van een vroege planeet te zijn.
In de chaos van het vroege zonnestelsel kwamen stukjes rots in botsing en soms gecombineerd. In de loop van de tijd vormden ze grotere en grotere brokken die uiteindelijk de rotsachtige planeten vormden. In volledig gevormde planeten zoals de aarde wordt de ijzer- en nikkelkern begraven onder een silicaatkorst. Het is hetzelfde op alle terrestrische planeten en manen en op de meeste asteroïden.
Maar sommige planetesimalen zouden catastrofale botsingen hebben opgelopen en hun buitenste lagen zouden zijn verwijderd, waardoor de blootgestelde kern van gesmolten ijzer achterbleef. Die kern zou zijn afgekoeld bij de koude temperaturen in de ruimte, en het oppervlak zou waarschijnlijk eerst stollen. Dit is wat ze denken dat er met Psyche is gebeurd.
"Op een dag wendde hij zich tot mij en zei: 'Ik denk dat deze dingen zullen uitbarsten.'"
Professor Francis Nimmo, UCSC Aarde en planetaire wetenschappen.
Voorafgaand aan NASA's missie naar Psyche raakte Nimmo geïnteresseerd in metalen asteroïden. Hij was geïnteresseerd in hun compositie en in welke aanwijzingen die meteorieten hier op aarde zouden kunnen geven. Hij liet afgestudeerde student Jacob Abrahams enkele modellen uitvoeren van hoe de asteroïden zich vormden en koelden.
Het blijkt dat tenminste sommige van deze asteroïden vulkaanuitbarstingen van gesmolten ijzer zouden hebben gehad.
"Op een dag wendde hij zich tot mij en zei: 'Ik denk dat deze dingen zullen uitbarsten'," zei Nimmo in een persbericht. "Ik had er nog nooit over nagedacht, maar het is logisch omdat je een drijvende vloeistof onder een dichte korst hebt, dus de vloeistof wil naar boven komen."
Deze ferro-vulkanen zouden niet op al deze blootgestelde asteroïden zijn uitgebarsten. Ze zouden zo groot moeten zijn dat het oppervlak snel afkoelde en stolt, terwijl de kern gesmolten bleef. Maar niet allemaal zouden ze zich zo gedragen.
"In sommige gevallen zou het vanuit het midden naar buiten kristalliseren en zou het geen vulkanisme hebben, maar sommige zouden van boven naar beneden kristalliseren, dus je zou een stevige plaat metaal op het oppervlak krijgen met vloeibaar metaal eronder", zei Nimmo.
In deze metalen asteroïden zou de gestolde korst de drijvende, gesmolten kern hebben samengedrukt. Dat zou het gesmolten ijzer in de kern opgesloten hebben gehouden. Maar na verloop van tijd zouden er veranderingen in de korst zijn opgetreden.
De korst zou afkoelen en de compressie en koeling zouden spanningsscheuren en breuken in de korst hebben veroorzaakt. De gesmolten kern had meer drijfvermogen en zou onder druk staan. Bij het ontstaan van scheuren en breuken zou het gesmolten ijzer zijn ontsnapt, waardoor ferro-vulkanen zijn ontstaan.
"... er gaat niets boven de dikke, stroperige lavastromen die je op Hawaï ziet."
Professor Francis Nimmo, UCSC Aarde en planetaire wetenschappen.
We weten niet hoe deze ferro-vulkanen er precies zouden hebben uitgezien. Maar volgens de twee onderzoekers zijn er in ieder geval een paar mogelijkheden. grotendeels afhankelijk van de samenstelling van het gesmolten gesteente.
"Als het voornamelijk puur ijzer is, dan zouden er uitbarstingen zijn van oppervlaktestromen met een lage viscositeit die zich verspreiden in dunne vellen, dus niets zoals de dikke, stroperige lavastromen die je op Hawaï ziet", zei Abrahams. "Aan de andere kant, als er lichte elementen worden vermengd en gassen die snel uitzetten, kan er explosief vulkanisme ontstaan dat putjes in het oppervlak kan achterlaten."
Het is onwaarschijnlijk dat NASA's Psyche-missie enig duidelijk bewijs van dit ferro-vulkanisme zal kunnen zien. Het gebeurde allemaal miljarden jaren geleden en botsingen en slijtage zouden sindsdien het oppervlak van asteroïden zoals Psyche hebben gevormd. 'Het is niet duidelijk hoe ze er nu uit zouden kunnen zien', zei Abrahams.
Maar er kunnen nog steeds tekenen zijn van deze ferro-vulkanen. Er kunnen variaties zijn in de kleur van het materiaal op het oppervlak. Er kunnen zelfs vulkanische ventilatieopeningen zijn. Maar verwacht geen lavakegels.
De missie van Psyche gaat niet alleen over het vinden van bewijs van vulkanische activiteit; het heeft andere wetenschappelijke doelstellingen. Volgens Nimmo is de beste plaats om bewijs te vinden van ferro-vulkanische activiteit op asteroïden zoals Psyche misschien in metalen asteroïden hier op aarde.
"Er zijn veel van deze metalen meteorieten, en nu we weten waarnaar we op zoek zijn, kunnen we er bewijs van vulkanisme in vinden", zei Nimmo. “Als materiaal op het oppervlak zou uitbarsten, zou het erg snel afkoelen, wat zou worden weerspiegeld in de samenstelling van de meteoriet. En er kunnen gaten in zitten als gevolg van ontsnappend gas. '
Het paar wetenschappers presenteerde deze resultaten op een recente conferentie over maan- en planeetwetenschappen en ontdekte dat een ander onderzoeksteam tot dezelfde conclusie was gekomen. Een samenvatting van de resultaten van dat team is hier.
Dit zijn interessante resultaten, mede door het plaatje dat ze schilderen. Een planetesimale of proto-planeet die door het oude zonnestelsel reist, ondergaat een catastrofale botsing. Het oppervlak is weggestript, waardoor alleen een gesmolten kern overblijft. Het oppervlak koelt af en houdt de gesmolten kern eronder vast, om vervolgens te ontsnappen in ferro-vulkanen, omdat spanningen scheuren in het oppervlak forceren.
"Het is geen schokkend idee, maar we hadden nooit eerder aan ijzervulkanisme gedacht, dus het is iets nieuws en interessants om te onderzoeken", zei Abrahams.
NASA's Psyche-missie is gepland voor 2022. In 2026 zal het bij Psyche aankomen en dan 21 maanden in een baan om de asteroïde spenderen, de oppervlaktekenmerken in kaart brengen en de andere eigenschappen bestuderen. Het ruimtevaartuig zal verschillende instrumenten bevatten:
- Multispectrale Imager
- Gamma Ray en Neutron Spectrometer
- Magnetometer
- X-Band Gravity Science Investigation
De Psyche-missie zal ook een nieuw lasercommunicatiesysteem testen, genaamd Deep Space Optical Communication (DSOC.)
Bronnen:
- Persbericht: ijzeren vulkanen zijn mogelijk uitgebarsten op metalen asteroïden
- Research Paper: Ferrovolcanism: Iron Volcanism on Metallic Asteroids
- Overzicht van de NASA Psyche-missie
