Weltraumverwitterung - Space weathering

Nicht zu verwechseln mit Meteoritenverwitterung .

Weltraumverwitterung ist die Art der Verwitterung , die bei jedem Objekt auftritt, das der rauen Umgebung des Weltraums ausgesetzt ist . Körper ohne Atmosphäre (einschließlich Mond , Merkur , Asteroiden , Kometen und die meisten Monde anderer Planeten) nehmen viele Verwitterungsprozesse auf:

Die Verwitterung des Weltraums ist wichtig, da diese Prozesse die physikalischen und optischen Eigenschaften der Oberfläche vieler Planetenkörper beeinflussen. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen der Weltraumverwitterung zu verstehen, um ferngesteuerte Daten richtig interpretieren zu können.

Eine Illustration der verschiedenen Komponenten der Weltraumverwitterung.

Geschichte

Ein Großteil unseres Wissens über den Weltraumverwitterungsprozess stammt aus Untersuchungen der vom Apollo-Programm zurückgegebenen Mondproben , insbesondere der Mondböden (oder Regolithen ). Der konstante Fluss von hochenergetischen Partikeln und Mikrometeoriten zusammen mit größeren Meteoriten zerkleinert , schmilzt, sputtert und verdampft Bestandteile des Mondbodens.

Die ersten Produkte der Weltraumverwitterung, die in Mondböden erkannt wurden, waren "Agglutinate". Diese entstehen, wenn Mikrometeoriten eine kleine Menge Material schmelzen, das umgebende Glas- und Mineralfragmente in ein glasgeschweißtes Aggregat mit einer Größe von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern einbaut. Agglutinate sind in Mondböden sehr häufig und machen 60 bis 70% der reifen Böden aus. Diese komplexen und unregelmäßig geformten Partikel erscheinen für das menschliche Auge schwarz, was hauptsächlich auf das Vorhandensein von nanophasigem Eisen zurückzuführen ist .

Die Weltraumverwitterung erzeugt auch oberflächenkorrelierte Produkte auf einzelnen Bodenkörnern, wie z. B. Glasspritzer. implantierter Wasserstoff , Helium und andere Gase; Sonneneruptionsspuren ; und akkretierte Komponenten, einschließlich nanophasigem Eisen. Erst in den 1990er Jahren ermöglichten verbesserte Instrumente, insbesondere Transmissionselektronenmikroskope , und Techniken die Entdeckung sehr dünner (60-200 nm) Patina oder Ränder , die sich infolge der Wiederablagerung auf einzelnen Mondbodenkörnern entwickeln von Dampf aus nahegelegenen Mikrometeoriteneinschlägen und der Wiederablagerung von Material, das aus nahegelegenen Körnern gesputtert wurde.

Diese Verwitterungsprozesse haben große Auswirkungen auf die spektralen Eigenschaften des Mondbodens, insbesondere auf die Wellenlängen im ultravioletten , sichtbaren und nahen Infrarot (UV / Vis / NIR) . Diese spektralen Veränderungen wurden größtenteils auf die Einschlüsse von "Nanophasen-Eisen" zurückgeführt, das ein allgegenwärtiger Bestandteil sowohl von Agglutinaten als auch von Bodenrändern ist. Diese sehr kleinen (ein bis einige hundert Nanometer im Durchmesser) Bläschen aus metallischem Eisen entstehen, wenn eisenhaltige Mineralien (z. B. Olivin und Pyroxen ) verdampft werden und das Eisen in seiner ursprünglichen Form freigesetzt und wieder abgelagert wird.

TEM-Bild eines raumverwitterten Randes auf einem Mondbodenkorn 10084

Auswirkungen auf die spektralen Eigenschaften

Auf dem Mond sind die spektralen Effekte der Weltraumverwitterung dreifach: Wenn die Mondoberfläche reift, wird sie dunkler (die Albedo wird reduziert), röter (das Reflexionsvermögen nimmt mit zunehmender Wellenlänge zu) und die Tiefe ihrer diagnostischen Absorptionsbanden wird reduziert Dies ist hauptsächlich auf das Vorhandensein von nanophasigem Eisen sowohl in den Agglutinaten als auch in den akkreditierten Rändern auf einzelnen Körnern zurückzuführen. Die Verdunkelungseffekte der Weltraumverwitterung lassen sich leicht an Mondkratern erkennen. Junge, frische Krater haben helle Strahlensysteme , weil sie frisches, unbewittertes Material freigelegt haben. Mit der Zeit verschwinden diese Strahlen jedoch, wenn der Verwitterungsprozess das Material verdunkelt.

Weltraumverwitterung auf Asteroiden

Es wird auch angenommen, dass Weltraumverwitterung bei Asteroiden auftritt, obwohl sich die Umgebung stark vom Mond unterscheidet. Die Auswirkungen auf den Asteroidengürtel sind langsamer und erzeugen daher weniger Schmelze und Dampf. Außerdem erreichen weniger Sonnenwindpartikel den Asteroidengürtel. Und schließlich bedeutet die höhere Impaktorrate und die geringere Schwerkraft der kleineren Körper, dass es zu einem stärkeren Umkippen kommt und das Alter der Oberflächenexposition jünger sein sollte als die Mondoberfläche . Daher sollte die Verwitterung des Weltraums auf den Oberflächen von Asteroiden langsamer und in geringerem Maße erfolgen.

Wir sehen jedoch Hinweise auf eine Verwitterung des asteroiden Weltraums. Seit Jahren gab es in der planetarwissenschaftlichen Gemeinschaft ein sogenanntes "Rätsel", da die Spektren von Asteroiden im Allgemeinen nicht mit den Spektren unserer Meteoritensammlung übereinstimmen. Insbesondere stimmten die Spektren von Asteroiden vom S-Typ nicht mit den Spektren der am häufigsten vorkommenden Meteoritentypen, gewöhnlichen Chondriten (OCs), überein. Die Asteroiden-Spektren waren tendenziell roter mit einer steilen Krümmung in den sichtbaren Wellenlängen. Binzel et al. haben erdnahe Asteroiden mit spektralen Eigenschaften identifiziert, die den Bereich vom S-Typ bis zu Spektren abdecken, die denen von OC-Meteoriten ähnlich sind, was darauf hindeutet, dass ein fortlaufender Prozess stattfindet, der die Spektren von OC-Material so verändern kann, dass sie wie S-Typ-Asteroiden aussehen. Es gibt auch Hinweise auf eine Regolithveränderung durch Galileos Vorbeiflüge von Gaspra und Ida, die spektrale Unterschiede an frischen Kratern zeigen. Mit der Zeit scheinen sich die Spektren von Ida und Gaspra zu röten und den spektralen Kontrast zu verlieren. Hinweise aus NEAR Shoemakers Röntgenmessungen von Eros deuten auf eine gewöhnliche Chondritenzusammensetzung trotz eines rot geneigten S-Typ-Spektrums hin, was wiederum darauf hindeutet, dass ein Prozess die optischen Eigenschaften der Oberfläche verändert hat. Die Ergebnisse des Hayabusa- Raumfahrzeugs am Asteroiden Itokawa , ebenfalls ein gewöhnlicher Chondrit in seiner Zusammensetzung, zeigen spektrale Hinweise auf die Verwitterung des Weltraums. Darüber hinaus wurden in den vom Hayabusa-Raumschiff zurückgegebenen Bodenkörnern eindeutige Hinweise auf eine Veränderung der Weltraumverwitterung gefunden. Da Itokawa so klein ist (550 m Durchmesser), wurde angenommen, dass die geringe Schwerkraft die Entwicklung eines reifen Regolithen nicht zulässt. Eine vorläufige Untersuchung der zurückgegebenen Proben zeigt jedoch das Vorhandensein von nanophasigem Eisen und anderen Weltraumverwitterungseffekten bei mehreren Körner. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass sich Verwitterungspatina auf Felsoberflächen des Asteroiden entwickeln kann und kann. Solche Beschichtungen ähneln wahrscheinlich den Patina auf Mondgesteinen.

Es gibt Hinweise darauf, dass der größte Teil der Farbveränderung aufgrund von Verwitterung in den ersten hunderttausend Jahren schnell auftritt, was die Nützlichkeit der Spektralmessung zur Bestimmung des Alters von Asteroiden einschränkt.

Weltraumverwitterung auf Merkur

Die Umgebung auf Merkur unterscheidet sich ebenfalls erheblich vom Mond. Zum einen ist es tagsüber deutlich heißer ( tägliche Oberflächentemperatur ~ 100 ° C für den Mond, ~ 425 ° C für Quecksilber) und nachts kälter, was die Produkte der Weltraumverwitterung verändern kann. Darüber hinaus ist Quecksilber aufgrund seiner Lage im Sonnensystem einem etwas größeren Fluss von Mikrometeoriten ausgesetzt, die mit viel höheren Geschwindigkeiten als der Mond auftreffen. Diese Faktoren machen Merkur viel effizienter als der Mond, um sowohl Schmelze als auch Dampf zu erzeugen. Pro Flächeneinheit wird erwartet, dass die Auswirkungen auf Quecksilber das 13,5-fache der Schmelze und das 19,5-fache des Dampfes erzeugen, als auf dem Mond erzeugt werden. Agglutinitische glasartige Ablagerungen und aufgedampfte Beschichtungen sollten auf Quecksilber wesentlich schneller und effizienter erzeugt werden als auf dem Mond.

Das UV / Vis-Spektrum von Quecksilber, das teleskopisch von der Erde aus beobachtet wird, ist ungefähr linear mit einer roten Steigung. Es gibt keine Absorptionsbanden, die mit Fe-tragenden Mineralien wie Pyroxen zusammenhängen. Dies bedeutet, dass sich entweder kein Eisen auf der Oberfläche von Quecksilber befindet oder dass das Eisen in den Fe-tragenden Mineralien zu nanophasigem Eisen verwittert wurde. Eine verwitterte Oberfläche würde dann den geröteten Hang erklären.

Siehe auch

Verweise

Angegebene Referenzen

Allgemeine Hinweise