En 2011, la NASA Aube un vaisseau spatial a établi une orbite autour du grand astéroïde (aka. planétoïde) connu sous le nom de Vesta. Au cours des 14 mois suivants, la sonde a mené des études détaillées de la surface de Vesta avec sa suite d'instruments scientifiques. Ces découvertes ont révélé beaucoup sur l’histoire du planétoïde, ses caractéristiques de surface et sa structure - qui est censée être différenciée, comme les planètes rocheuses.
De plus, la sonde a collecté des informations vitales sur la teneur en glace de Vesta. Après avoir passé les trois dernières années à fouiller les données de la sonde, une équipe de scientifiques a produit une nouvelle étude qui indique la possibilité de glace souterraine. Ces résultats pourraient avoir des implications en ce qui concerne notre compréhension de la formation des corps solaires et de la façon dont l'eau était historiquement transportée à travers le système solaire.
Leur étude, intitulée «Observations radar orbitales bistatiques de l'astéroïde Vesta par la mission Dawn», a récemment été publiée dans la revue scientifique Communications de la nature. Dirigée par Elizabeth Palmer, étudiante diplômée de la Western Michigan University, l'équipe s'est appuyée sur les données obtenues par l'antenne de communication à bord du vaisseau spatial Dawn pour effectuer la première observation radar orbitale bistatique (BSR) de Vesta.
Cette antenne - l'antenne de télécommunications à gain élevé (HGA) - a transmis des ondes radio en bande X pendant son orbite de Vesta à l'antenne du réseau spatial profond (DSN) sur Terre. Pendant la majeure partie de la mission, l'orbite de Dawn a été conçue pour garantir que le HGA était dans la ligne de visée avec les stations au sol sur Terre. Cependant, pendant les occultations - lorsque la sonde est passée derrière Vesta pendant 5 à 33 minutes à la fois - la sonde était hors de cette ligne de vue.
Néanmoins, l’antenne transmettait en continu des données de télémétrie, ce qui a provoqué la réflexion des ondes radar transmises par HGA sur la surface de Vesta. Cette technique, connue sous le nom d'observations radar bistatiques (BSR), a été utilisée dans le passé pour étudier les surfaces de corps terrestres comme Mercure, Vénus, la Lune, Mars, la lune de Saturne Titan et la comète 67P / CG.
Mais comme Palmer l'a expliqué, l'utilisation de cette technique pour étudier un corps comme Vesta était une première pour les astronomes:
«C'est la première fois qu'une expérience radar bistatique est menée en orbite autour d'un petit corps, donc cela a posé plusieurs défis uniques par rapport à la même expérience effectuée sur de grands corps comme la Lune ou Mars. Par exemple, parce que le champ de gravité autour de Vesta est beaucoup plus faible que Mars, le vaisseau spatial Dawn n'a pas à orbiter à une vitesse très élevée pour maintenir sa distance de la surface. La vitesse orbitale de l'engin spatial devient cependant importante, car plus l'orbite est rapide, plus la fréquence de `` l'écho de surface '' est modifiée (décalage Doppler) par rapport à la fréquence du `` signal direct '' (qui est le signal radio sans entrave). qui se déplace directement du HGA de Dawn aux antennes du réseau spatial profond de la Terre sans effleurer la surface de Vesta). Les chercheurs peuvent faire la différence entre un «écho de surface» et le «signal direct» par leur différence de fréquence. Ainsi, avec la vitesse orbitale plus lente de Dawn autour de Vesta, cette différence de fréquence était très faible et nous a demandé plus de temps pour traiter les données BSR et isoler les «échos de surface» pour mesurer leur force. »
En étudiant les ondes BSR réfléchies, Palmer et son équipe ont pu obtenir de précieuses informations de la surface de Vesta. À partir de cela, ils ont observé des différences significatives dans la réflectivité radar de surface. Mais contrairement à la Lune, ces variations de rugosité de surface ne pouvaient pas être expliquées uniquement par la cratérisation et étaient probablement dues à l'existence de glace de sol. Comme l'a expliqué Palmer:
«Nous avons constaté que cela était le résultat de différences de rugosité de la surface à l'échelle de quelques pouces. Des échos de surface plus forts indiquent des surfaces plus lisses, tandis que des échos de surface plus faibles ont rebondi sur des surfaces plus rugueuses. Lorsque nous avons comparé notre carte de rugosité de surface de Vesta avec une carte des concentrations d'hydrogène souterrain - qui a été mesurée par les scientifiques de Dawn à l'aide du détecteur de rayons gamma et de neutrons (GRaND) sur le vaisseau spatial - nous avons constaté que de vastes zones plus lisses chevauchaient des zones qui avaient également accru l'hydrogène. concentrations! "
Finalement, Palmer et ses collègues ont conclu que la présence de glace enfouie (passée et / ou présente) sur Vesta était responsable du fait que certaines parties de la surface étaient plus lisses que d'autres. Fondamentalement, chaque fois qu'un impact se produisait à la surface, il transférait beaucoup d'énergie au sous-sol. S'il y avait de la glace enfouie, elle serait fondue par l'événement d'impact, s'écoulerait à la surface le long des fractures générées par l'impact, puis gèlerait en place.
De la même manière que les lunes comme Europa, Ganymède et Titania connaissent un renouvellement de surface en raison de la façon dont le cryovolcanisme fait que l'eau liquide atteint la surface (où elle recongèle), la présence de glace souterraine entraînerait le lissage de certaines parties de la surface de Vesta heures supplémentaires. Cela conduirait en fin de compte au genre de terrain accidenté dont Palmer et ses collègues ont été témoins.
Cette théorie est soutenue par les grandes concentrations d'hydrogène qui ont été détectées sur des terrains plus lisses qui mesurent des centaines de kilomètres carrés. Il est également cohérent avec les preuves géomorphologiques obtenues à partir des images de la caméra de cadrage Dawn, qui ont montré des signes de flux d'eau transitoire sur la surface de Vesta. Cette étude contredit également certaines hypothèses précédemment retenues à propos de Vesta.
Comme l'a noté Palmer, cela pourrait également avoir des implications en ce qui concerne notre compréhension de l'histoire et de l'évolution du système solaire:
«L'astéroïde Vesta était censé avoir épuisé toute teneur en eau il y a longtemps grâce à la fusion mondiale, la différenciation et le jardinage de régolithes extensifs par les impacts de plus petits corps. Cependant, nos résultats soutiennent l'idée que la glace enfouie peut avoir existé sur Vesta, ce qui est une perspective passionnante puisque Vesta est une protoplanète qui représente un stade précoce de la formation d'une planète. Plus nous en saurons sur les endroits où la glace d'eau existe dans le système solaire, mieux nous comprendrons comment l'eau a été livrée à la Terre et combien elle était intrinsèque à l'intérieur de la Terre au cours des premiers stades de sa formation. »
Ce travail a été parrainé par le programme Planetary Geology and Geophysics de la NASA, un effort basé sur le JPL qui se concentre sur la promotion de la recherche de planètes de type terrestre et des principaux satellites du système solaire. Les travaux ont également été menés avec l’aide de la Viterbi School of Engineering de l’USC dans le cadre d’un effort continu pour améliorer l’imagerie radar et micro-ondes afin de localiser les sources d’eau souterraines sur les planètes et autres corps.
