A 16 Psyche planetológiája

Szerző: Balogh Gábor

A Psyche kisbolygót 1852. március 17-én fedezte fel Annibale de Gasparis Nápolyban. Psyche-ről (Ψυχή), az emberi lelket megszemélyesítő mondabeli királylányról kapta a nevét. Átmérője 278×232× 164 km, a 12 legnagyobb tömegű kisbolygó egyike, legnagyobb az M típusúak, a fémes kisbolygók között.

Fantáziarajz a Psyche kisbolygóról. Forrás: Maxar/ASU/P.Rubin/NASA/JPL-Caltech

Ami egyedülállóvá teszi ezt az égitestet, az a keletkezése utáni története, hiszen egy olyan, erdetileg mintegy 500 kilométer átmérőjű, a Vestához hasonló protoplanétáról, törpebolygóról van szó, mely ütközések során elvesztette kérgét és köpenyét, hátrahagyva a protoplanéta lehámozott vasmagját (1). Tömege 2.41×10^19 kg, sűrűsége csaknem 4 g/cm3 (2).

A Psyche kisbolygó a Very Large Telescope felvételén. Forrás: ESO/LAM/Wikipedia; CC BY 4.0

Földi elemzése azt mutatja, hogy alakja szabálytalan. Hatalmas tömeghiány van az egyenlítő közelében, mely a Vesta Rhestailvia kráterére emlékeztet. A déli pólus közelében két további kisebb (50–70 km átmérőjű) kráterszerű mélyedés is található (3).

Hatalmas tömegű vasról és egyéb fémekről van szó tehát. Az amerikai Forbes üzleti magazin 1×10^15 dollárra becsüli az értékét (4). Természetesen ez az érték a hipotetikus, de jól jelzi esetleges jövőbeli anyagi értékét, amennyiben ez az ásványkincs kiaknázható lesz. Tudományos szempontból is rendkívüli fontossággal bír. A NASA Psyche küldetése 2022-re tervezett, kilövése egy SpaceX Falcon Heavy rakétával fog történni, várhatóan 2026 januárjában érkezik majd meg a kisbolygóhoz (5).

Jelenlegi megfigyelések azt mutatják, hogy a Psyche fém-piroxén összetételű. Ez, és mért sűrűsége egyaránt összhangban van a mezosziderit meteoritokkal (≈ 4,25 g/cm3) és a Steinbach meteoritokkal (≈ 4,1 g/cm3) (6, 7). Felszínének mintegy 90%-a fémes (vas és nikkel), 10%-a szilikátos kőzet, mely 6% ortopiroxént tartalmaz (8, 9).

A Bondoc meteorit. Forrás: Wikipedia

További érdekesség, hogy a NASA Mauna Kea-i NASA IRTF teleszkópja 2016 októberében hidroxil-ionokat talált az aszteroida felszínén, melyek vízjégre utalhatnak. Mivel úgy tudjuk, hogy a Psyche száraz körülmények között képződött, víz jelenléte nélkül, a hidroxil-ionok bizonyára jeges planetezimálok, üstökösök segítségével érhették el a Psychét (10, 11)

A Steinbach meteorit. Forrás: Wikipedia; CC BY-SA 4.0

Kialakulása és további sorsára vonatkozó hipotézisek szerint tehát az eredeti, 500 kilométer átmérőjű protoplanétát ért, legalább három, hatalmas impakt esemény lecsupaszította a kérgét és a köpenyt. A megmaradt fémes magot vékony szilikátos mezosziderit réteg borítja. Planetológiailag ebben az esetben a Psyche analóg lenne a Merkúrral, mely szintén elvesztette külső rétegeit (12).

A mezoszideritek vitathatatlanul a differenciált meteoritok egyik legrejtélyesebb csoportja. A mezoszideritek nagyjából azonos arányú Fe-Ni fémből és szilikátokból álló breccsák. A pallazitokkal ellentétben, ahol a szilikátok mély köpenyi eredetűek, a mezoszideritekben lévő szilikátok bazaltos, gabbrós és piroxenites összetételűek (13), hasonlóak a Vestai eukritokhoz. A mezoszideritek fémösszetétele egyforma, ami arra utal, hogy a fém olvadt volt, amikor a szilikátokkal keveredett (14). Számos innovatív modell megpróbálta megmagyarázni a kéreganyag és a protoplanéta magjának fémes keverékét (15), ezek a modellek olvadt planetezimálok nagy, differenciált aszteroidák felszínére gyakorolt hatását kutatják (16, 17) kis sebességű impakt esemény keretében.

A mezoszideritek másik szokatlan jellemzője a nagyon lassú metallográfiai hűlési idő (18, 19). Ez arra utal, hogy a mezosziderit szülőégitestnek nagynak kellett lennie. A mezoszideritek fiatal 39Ar-40Ar kora (3,95 milliárd év) szintén ezt igazolja (20), valamint a tény, hogy sok mezosziderit esetében tapasztalták metamorfizmus jeleit. Ez a változás elsősorban hő és nyomás hatására következik be.

Sok jel arra mutat tehát, hogy a mezoszideritek szülőégiteste a Psyche kisbolygó (25) – ez azonban további kérdéseket vet fel. Hol van a hatalmas impakt esemény által létrehozott Psyche kisbolygócsalád, miként ezt a Vesta esetében tapasztaljuk? (21, 22). A mezoszideritek oxigén-izotópos elemzései azt mutatják, hogy ezek a Vestai eredetű HED meteoritokkal (Howardit-Eukrit-Diogenit) kapcsolatosak, vagy esetleg egy olyan másik szülőégitestről, mely a Vesta környezetében alakult ki a szoláris ködben (23, 24). A Psyche kisbolygó jelenlegi átlagos naptávolsága 2,921 CSE, a Vestáé pedig 2,362 CSE.

A Dhofar 007 eukrit polimikt breccsa (26) durvaszemcsés gabbrós klasztere például arról tanúskodik, hogy eredetileg kumulált kőzet volt, amely az anyaégitest kérgében kristályosodtak ki, tehát kétlépcsős utókristályosodási folyamaton ment át: gyors lehűlés magas hőmérsékleten és lassú lehűlés alacsonyabb hőmérsékleten. Ez utóbbi a mezoszideritekhez hasonló ütem. Ez a kétlépcsős hőtörténet és a mezoszideritek fémes részeihez hasonló sziderofil elemek relatív bősége arra utalhat, hogy a Dhofar 007 meteorit egy mezosziderit-zárvány (27).

Sok a fehér folt tehát a Psyche kialakulása és későbbi fejlődése, valamint a mezoszideritek eredete körül. A NASA 2022-es küldetése remélhetőleg a kérdések egy részére választ fog adni, de erre 2026-ig, a szonda megérkezéséig várnunk kell.


Források:

  1. Elkins-Tanton, L.T.; Asphaug, E.; Bell, J.; Bercovici, D.; Bills, B.G.; Binzel, Richard P.; et al. (March 2014): “Journey to a Metal World: Concept for a Discovery Mission to Psyche”, https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2014/pdf/1253.pdf
  2. Viikinkoski, M.; Vernazza, P.; Hanuš, J.; Le Coroller, H.; Tazhenova, K.; Carry, B.; et al. (6 November 2018). “(16) Psyche: A mesosiderite-like asteroid?” https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2018/11/aa34091-18.pdf
  3. Hanuš, J.; Viikinkoski, M.; Marchis, F.; Ďurech, J.; Kaasalainen, M.; Delbo’, M.; Herald, D.; Frappa, E.; Hayamizu, T.; Kerr, S.; Preston, S.; Timerson, B.; Dunham, D.; Talbot, J. (2017). “Volumes and bulk densities of forty asteroids from ADAM shape modeling”, https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2017/05/aa29956-16.pdf
  4. NASA Will Reach Unique Metal Asteroid Worth $10,000 Quadrillion Four Years Early, https://www.forbes.com/sites/bridaineparnell/2017/05/26/nasa-psyche-mission-fast-tracked/?sh=3efc908d4ae8
  5. The Psyche mission, https://www.jpl.nasa.gov/missions/psyche
  6. Bondoc meteorite, https://www.lpi.usra.edu/meteor/metbull.php?code=5103
  7. Steinbach meteorite, https://www.lpi.usra.edu/meteor/metbull.php?code=23722
  8. Mission to a Metallic World: A Discovery Proposal to Fly to the Asteroid Psyche. Future Planetary Exploration
  9. Callahan, Jason (30 March 2015). “Discovery lives”, https://www.thespacereview.com/article/2722/1
  10. Atkinson, Nancy. “Pure Metal Asteroid Has Mysterious Water Deposits”. Universe Today, https://www.universetoday.com/131738/pure-metal-asteroid-found-with-mysterious-water-deposits/
  11. Takir, Driss; Reddy, Vishnu; Sanchez, Juan A.; Shepard, Michael K.; Emery, Joshua P. (2016). “Detection of water and/or hydroxil on asteroid (16) Psyche”. The Astronomical Journal. 153 (1): 31., https://arxiv.org/abs/1610.00802
  12. Asphaug, E.; Reufer, A. (2014). “Mercury and other iron-rich planetary bodies as relics of inefficient accretion”. Nature Geoscience. 7 (8): 564–568., https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2014NatGe…7..564A/abstract
  13. Assessment of the Mesosiderite-Diogenite Connection and an Impact Model for the Genesis of Mesosiderites, https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2014/pdf/2554.pdf
  14. Compositions of large metal nodules in mesosiderites: Links to iron meteorite group IIIAB and the origin of mesosiderite subgroups, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0016703790901347
  15. Impact versus internal origins for mesosiderites, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/JB088iS01p0B257
  16. Evolutionary History of the Mesosiderite Asteroid: A Chronologic and Petrologic Synthesis, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103583710183
  17. Formation of mesosiderites by low-velocity impacts as a natural consequence of planet formation, https://www.nature.com/articles/318168a0
  18. Thermal and shock history of mesosiderites and their large parent asteroid, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/001670379600110X
  19. The metallographic cooling rate method revised: Application to iron meteorites and mesosiderites, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/j.1945-5100.2001.tb01815.x
  20. Bogard and Garrison, (1998): 39Ar-40Ar ages and thermal history of mesosiderites. Geochim. Cosmochim. Acta, 62, 1459-1468.
  21. Davis, D. R.; Farinella, Paolo & Francesco, M. (1999). “The Missing Psyche Family: Collisionally Eroded or Never Formed?”. Icarus. 137 (1): 140., https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1999Icar..137..140D/abstract
  22. Fugitives from the Vesta family, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008Icar..193…85N/abstract
  23. Chronological Evidence for Mesosiderite Formation on Vesta, https://www.hou.usra.edu/meetings/metsoc2019/pdf/6242.pdf
  24. New enclaves in the Vaca Muerta mesosiderite: Petrogenesis and comparison with HED meteorites, http://adsabs.harvard.edu/pdf/1991AMR…..4..263K
  25. 16 Psyche: A mesosiderite-like asteroid? https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2018/11/aa34091-18/aa34091-18.html
  26. Dhofar 007, https://www.lpi.usra.edu/meteor/metbull.php?code=6706
  27. Yamaguchi, A., Setoyanagi, T., & Ebihara, M. (2006). An anomalous eucrite, Dhofar 007, and a possible genetic relationship with mesosiderites. Meteoritics & Planetary Science, 41(6), 863-874.