Introduzione

Le prime fotografie di Hayabusa2 della superficie dell’asteroide Ryugu hanno rivelato un paesaggio insidioso, dotato di una topologia robusta. Tuttavia, quando l’astronave ha acceso la termocamera ad infrarossi (TIR), ha visto una superficie sorprendentemente omogenea nelle immagini termografiche.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature il 16 marzo 2020.

Inerzia termica

L’efficacia con cui una superficie planetaria conduce e immagazzina il calore viene misurata da una proprietà nota come inerzia termica. Una superficie con un’inerzia termica elevata acquisirà e perderà lentamente il calore, determinando differenze di temperatura minori tra notte e giorno, estate e inverno.

L’inerzia termica dipende dalla composizione e anche dalla densità. Si prevede che massi come quelli sparsi su Ryugu siano densi e dovrebbero quindi avere un’inerzia termica elevata, cambiando la temperatura più lentamente rispetto al materiale circostante. Sul lato diurno di Ryugu, ciò farebbe risaltare i massi sull’immagine TIR come punti freddi. Ma non era quello che si vedeva.

Un articolo pubblicato sulla rivista Nature, questa settimana (16 marzo 2020) guidato da Tatsuaki Okada (ISAS e Università di Tokyo) ha rivelato la prima immagine termica globale di un asteroide durante una rotazione completa, oltre alle immagini ad alta risoluzione scattate vicino in superficie. 

Questi dati acquisiti dal TIR su Hayabusa2 hanno mostrato una piccola differenza di temperatura tra la maggior parte dei massi e il materiale circostante sulla superficie di Ryugu, indicando un valore di inerzia termica simile di circa 300 Jm-2s-0,5K-1 (300 tiu).

A sinistra: “Ryugoid”, la distribuzione termica prevista dell’asteroide prima dell’arrivo. L’inerzia termica ipotizzata era di 1600 tiu per i massi e 300 tiu per la regolite. A destra: Ryugu osservato, dalle osservazioni TIR globali a un’altitudine di circa 5 km (~ 4,5 m / pixel). L’inerzia termica derivata di entrambi i massi e dintorni è di circa 300 tiu. Credits: JAXA

L’implicazione è che Ryugu è coperto da massi porosi a bassa densità che sono circondati da frammenti altrettanto porosi di dimensioni superiori a 10 cm. Siccome l’aspettativa iniziale era che l’asteroide avrebbe dovuto avere densi massi incorporati in uno strato di regolite fine, questa risulta essere una scoperta sorprendente. I riverberi hanno importanti implicazioni su come si formano i pianeti.

Meteoriti condriti carbonacei

Ryugu è un esempio di un asteroide di tipo C o carbonaceo. I tipi C sono asteroidi primitivi costituiti da materiale che ha subito pochi cambiamenti dalla formazione del sistema solare 4,6 miliardi di anni fa. Questo li rende importanti capsule temporali per i primi giorni della formazione del pianeta, rivelando il materiale che ha costruito il Sistema Solare.

Si sospetta che i meteoriti condriti carbonacei trovati sulla Terra siano frammenti di asteroidi di tipo C. L’accessibilità dei meteoriti rende questi oggetti molto studiati per comprendere i primi giorni della Terra. Ma questi meteoriti sono significativamente meno porosi della maggior parte delle rocce su Ryugu.

Le immagini TIR ravvicinate catturate durante le operazioni di discesa di Hayabusa2 rivelano alcuni massi più freddi con valori di inerzia termica corrispondenti a 600 – 1.000 tiu; un valore più tipico dei condriti carbonacei. Ma queste aggiunte dense sono in minoranza sulla superficie dell’asteroide.

Macchie fredde scoperte durante le immagini termiche ravvicinate. Queste immagini sono state catturate durante l’operazione TD1-R1-A il 15 ottobre 2018 da un’altitudine di 78,8 m. Il profilo della temperatura lungo la linea gialla è mostrato nel pannello adiacente. I punti freddi sono più freddi di oltre 20K, indicato un masso denso e consolidato con elevata inerzia termica. Sulla superficie di Ryugu si trovano solo alcuni punti freddi (massi): altri massi hanno la stessa temperatura dell’ambiente circostante. La barra della scala è 5 m nel pannello a e 1 m nel pannello c.

Scenario di formazione di Ryugu

Una possibilità è che gli asteroidi di tipo C possano avere una natura molto meno consolidata del previsto, costituita da un conglomerato sciolto di polvere soffice e ciottoli. Ryugu sarebbe quindi un frammento di un genitore così poroso, con una manciata di massi più densi che si sono formati nella parte più profonda dell’asteroide genitore, o addirittura avevano un’origine separata e si univano all’asteroide durante gli impatti meteorici.

Questi soffici asteroidi avrebbero difficoltà a sopravvivere alle alte temperature e alle onde d’urto subite durante una discesa attraverso l’atmosfera della Terra, causando meteoriti costituiti solo da densi componenti minori dell’asteroide.

Scenario di formazione di Ryugu da un corpo genitore poroso:

  1. La formazione inizia con la soffice polvere nella nebulosa solare. 
  2. I planetesimi porosi si sono formati attraverso l’accumulo di polvere o ciottoli. 
  3. Il corpo principale di Ryugu potrebbe essere rimasto poroso a causa di un basso grado di consolidamento. Qui viene illustrato un chiaro confine nel nucleo interno, ma potrebbe anche essersi verificato un graduale aumento del consolidamento in profondità. 
  4. Frammentazione dell’impatto del corpo genitore, con alcuni grandi frammenti che formano i massi su Ryugu. 
  5. I frammenti si riorganizzano per formare Ryugu, con massi porosi e sedimenti in superficie e un piccolo numero di massi densi originati dal nucleo interno del genitore. 
  6. La rimodellatura durante una fase di rotazione rapida ha creato una doppia forma superiore.

Se questa composizione soffice era tipica del materiale che costituiva i pianeti, allora il processo di crescita che ha portato il Sistema Solare dalla polvere ai pianeti potrebbe essere molto diverso dai modelli che assumono un materiale da costruzione più rigido. 

Ad esempio, il risultato di impatti tra planetesimi porosi può risultare più spesso nella coagulazione che nella frammentazione, consentendo una crescita più rapida e alterando la scala temporale per la formazione del pianeta.

È anche possibile che la porosità di Ryugu possa essere dovuta a una composizione di materiali completamente diversi dai meteoriti condrite carbonacei. Ad esempio, l’asteroide potrebbe essere costituito da materiale ricco di carbonio simile a quello scoperto sulla cometa-67P/Churymov-Gerasimenko. 

I dubbi potrebbe essere sciolti quando Hayabusa2 tornerà sulla Terra alla fine del 2020 con campioni di materiale sia superficiale che sotterraneo.

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