Intemperismo espacial - Space weathering

O intemperismo do espaço é o tipo de intemperismo que ocorre com qualquer objeto exposto ao ambiente hostil do espaço sideral . Corpos sem atmosferas (incluindo a Lua , Mercúrio , os asteróides , cometas e a maioria das luas de outros planetas) assumem muitos processos de intemperismo:

A meteorização do espaço é importante porque esses processos afetam as propriedades físicas e ópticas da superfície de muitos corpos planetários. Portanto, é fundamental compreender os efeitos do intemperismo espacial para interpretar adequadamente os dados de sensoriamento remoto.

Uma ilustração dos diferentes componentes da meteorização espacial.

História

Muito do nosso conhecimento sobre o processo de meteorização espacial vem de estudos das amostras lunares retornadas pelo programa Apollo , particularmente os solos lunares (ou regolito ). O fluxo constante de partículas de alta energia e micrometeoritos , junto com meteoritos maiores, atuam para cominutar , derreter, pulverizar e vaporizar componentes do solo lunar.

Os primeiros produtos do intemperismo espacial que foram reconhecidos nos solos lunares foram os "aglutinados". Eles são criados quando os micrometeoritos fundem uma pequena quantidade de material, que incorpora o vidro circundante e os fragmentos minerais em um agregado de vidro soldado com tamanhos variando de alguns micrômetros a alguns milímetros. Os aglutinados são muito comuns no solo lunar, representando 60 a 70% dos solos maduros. Essas partículas complexas e de formato irregular aparecem pretas ao olho humano, em grande parte devido à presença de ferro nanofase .

A meteorização espacial também produz produtos relacionados à superfície em grãos individuais do solo, como respingos de vidro; hidrogênio implantado , hélio e outros gases; faixas de explosão solar ; e componentes agregados, incluindo ferro em nanofase. Não foi até a década de 1990 que instrumentos aprimorados, em particular microscópios eletrônicos de transmissão , e técnicas permitiram a descoberta de patinas muito finas (60-200 nm) , ou bordas, que se desenvolvem em grãos individuais do solo lunar como resultado da redeposição de vapor de impactos de micrometeoritos próximos e a redeposição de material pulverizado de grãos próximos.

Esses processos de intemperismo têm grandes efeitos nas propriedades espectrais do solo lunar, particularmente nos comprimentos de onda ultravioleta , visível e infravermelho próximo (UV / Vis / NIR) . Essas mudanças espectrais foram amplamente atribuídas às inclusões de "ferro em nanofase", que é um componente onipresente tanto dos aglutinados quanto das bordas do solo. Essas bolhas muito pequenas (de um a algumas centenas de nanômetros de diâmetro) de ferro metálico são criadas quando minerais contendo ferro (por exemplo, olivina e piroxênio ) são vaporizados e o ferro é liberado e redepositado em sua forma nativa.

Imagem TEM da borda do espaço intemperizada em um grão de solo lunar 10084

Efeitos nas propriedades espectrais

Na Lua, os efeitos espectrais do intemperismo espacial são três: conforme a superfície lunar amadurece, ela se torna mais escura (o albedo é reduzido), mais vermelha (a refletância aumenta com o aumento do comprimento de onda) e a profundidade de suas bandas de absorção diagnóstica são reduzidas. em grande parte devido à presença de ferro em nanofase tanto nos aglutinados quanto nas bordas de acréscimo de grãos individuais. Os efeitos de escurecimento do intemperismo espacial são facilmente vistos estudando as crateras lunares. Crateras novas e frescas têm sistemas de raios brilhantes , porque expuseram material fresco e não poluído, mas com o tempo esses raios desaparecem à medida que o processo de intemperismo escurece o material.

Intemperismo espacial em asteróides

Acredita-se que a meteorização espacial também ocorra em asteróides, embora o ambiente seja bastante diferente do da lua. Os impactos no cinturão de asteróides são mais lentos e, portanto, criam menos derretimento e vapor. Além disso, menos partículas do vento solar atingem o cinturão de asteróides. E, finalmente, a maior taxa de impactadores e menor gravidade dos corpos menores significa que há mais capotamento e as idades de exposição da superfície devem ser mais jovens do que a superfície lunar . Portanto, a meteorização espacial deve ocorrer mais lentamente e em menor grau nas superfícies dos asteróides.

No entanto, vemos evidências de intemperismo espacial asteroidal. Durante anos, houve um chamado "enigma" na comunidade científica planetária porque, em geral, os espectros dos asteróides não correspondem aos espectros de nossa coleção de meteoritos. Particularmente, os espectros dos asteróides do tipo S não coincidiam com os espectros do tipo mais abundante de meteoritos, os condritos comuns (OCs). O espectro do asteróide tendia a ser mais vermelho com uma curvatura acentuada nos comprimentos de onda visíveis. No entanto, Binzel et al. identificaram asteróides próximos à Terra com propriedades espectrais cobrindo a faixa do tipo S a espectros semelhantes aos de meteoritos OC, sugerindo que um processo em andamento está ocorrendo que pode alterar os espectros do material OC para se parecerem com asteróides do tipo S. Também há evidências de alteração do regolito dos voos de Galileu por Gaspra e Ida, mostrando diferenças espectrais em crateras recentes. Com o tempo, os espectros de Ida e Gaspra parecem avermelhar e perder contraste espectral. Evidências das medições de raios-x de NEAR Shoemaker de Eros indicam uma composição de condrita comum, apesar de um espectro do tipo S com inclinação vermelha, sugerindo novamente que algum processo alterou as propriedades ópticas da superfície. Os resultados da espaçonave Hayabusa no asteróide Itokawa , também condrito comum em composição, mostram evidências espectrais de intemperismo espacial. Além disso, a evidência definitiva da alteração do intemperismo espacial foi identificada nos grãos de solo devolvidos pela espaçonave Hayabusa. Como Itokawa é tão pequeno (550 m de diâmetro), pensou-se que a baixa gravidade não permitiria o desenvolvimento de um rególito maduro, no entanto, o exame preliminar das amostras retornadas revela a presença de ferro nanofase e outros efeitos de intemperismo espacial em vários grãos. Além disso, há evidências de que patinas podem se desenvolver e se desenvolvem em superfícies rochosas do asteróide. Esses revestimentos são provavelmente semelhantes às pátinas encontradas nas rochas lunares.

Há evidências que sugerem que a maior parte da mudança de cor devido ao desgaste ocorre rapidamente, nos primeiros cem mil anos, limitando a utilidade da medição espectral para determinar a idade dos asteróides.

Intemperismo espacial em Mercúrio

O ambiente em Mercúrio também difere substancialmente da Lua. Por um lado, é significativamente mais quente durante o dia ( temperatura diurna da superfície ~ 100 ° C para a Lua, ~ 425 ° C em Mercúrio) e mais frio à noite, o que pode alterar os produtos do intemperismo espacial. Além disso, devido à sua localização no Sistema Solar, Mercúrio também está sujeito a um fluxo ligeiramente maior de micrometeoritos que impactam em velocidades muito maiores do que a Lua. Esses fatores se combinam para tornar Mercúrio muito mais eficiente do que a Lua na criação de derretimento e vapor. Por unidade de área, os impactos em Mercúrio devem produzir 13,5x o derretimento e 19,5x o vapor do que é produzido na lua. Depósitos de vidro aglutinítico e revestimentos de vapor devem ser criados significativamente mais rápido e mais eficiente em Mercúrio do que na Lua.

O espectro UV / Vis de Mercúrio, conforme observado telescopicamente da Terra, é aproximadamente linear, com uma inclinação vermelha. Não há bandas de absorção relacionadas a minerais contendo Fe, como o piroxênio. Isso significa que ou não há ferro na superfície de Mercúrio, ou então o ferro nos minerais contendo Fe foi alterado para ferro nanofase. Uma superfície desgastada explicaria então a encosta avermelhada.

Veja também

Referências

Referências citadas

Referências gerais