Anhand von Bildern der NASA-Mission Dawn haben sich Forschende zwei Regionen auf Vesta zugewandt: helle Lawinen im Krater Cornelia und eine frische Auswurfablagerung entlang des Steilhangs Matronalia Rupes.
Diese Gelände weisen starke Helligkeitsunterschiede auf, die bereits in den Bildern sichtbar sind, doch ihre Interpretation bleibt schwierig: Eine Oberfläche kann hell erscheinen, weil sie gerade erst freigelegt wurde, weil sie mehr feine Partikel enthält, weil sie rauer ist oder weil sie weniger lange der Weltraumumgebung ausgesetzt war.
Eine am IPGP durchgeführte Studie nutzt die Bilder der Dawn-Mission und eine Bayessche Inversion des Hapke-Modells, um Lawinen und Auswurfmaterial auf dem Asteroiden Vesta zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die hellsten Ablagerungen den am jüngsten bewegten Oberflächen entsprechen, was eine neue Möglichkeit bietet, die Entwicklung des Regoliths auf atmosphärenlosen Himmelskörpern zu verfolgen. Um diese Effekte zu entwirren, verwendete das Team ein photometrisches Hapke-Modell, das das von einer Oberfläche reflektierte Licht mit der Beleuchtungs- und Beobachtungsgeometrie verknüpft. Dieses Modell ermöglicht die Abschätzung mehrerer effektiver Eigenschaften des Regoliths, wie seines Streuvermögens, seiner photometrischen Rauigkeit oder der Art und Weise, wie die Körner das Licht streuen. Die Besonderheit der Studie besteht darin, dieses Modell in einen Bayesschen Ansatz integriert zu haben, um nicht nur einen einzelnen Wert für jeden Parameter, sondern Wahrscheinlichkeitsverteilungen und damit eine explizite Abschätzung der Unsicherheiten zu erhalten.
Die Ergebnisse zeigen, dass die hellsten Ablagerungen auch die jüngsten im geomorphologischen Sinne sind. Im Krater Cornelia weisen die Lawinen eine höhere Einfachstreuungs-Albedo auf als der Kraterboden und die gegenüberliegende Wand. An der Matronalia Rupes ist das frische Auswurfmaterial heller als der dazugehörige kleine Krater und der Hang des Steilhangs. Diese Hierarchie bleibt stabil, selbst wenn die Forschenden verschiedene Hypothesen zum Oppositionseffekt testen – ein Phänomen, das die beobachtete Helligkeit verstärken kann, wenn die Oberfläche fast in Richtung der Sonnenbeleuchtung betrachtet wird.
Diese Kontraste deuten darauf hin, dass die hellen Ablagerungen hauptsächlich auf rezente mechanische Prozesse zurückzuführen sind: Lawinen, Einschlagausgrabungen und Kornsortierung während der Ablagerung. Die helleren Materialien können frischerem, weniger verwittertem Regolith entsprechen oder einer Umverteilung von feinen und groben Partikeln während des Fließens. Im Gegensatz dazu deuten dunklere Gelände auf eine stärker entwickelte Oberfläche hin, die durch Weltraumverwitterung, Vermischung mit älterem Material oder relativen Verlust feiner Partikel beeinflusst wurde.
Die Studie zeigt somit, dass die Photometrie die klassische morphologische Analyse ergänzen kann. Die Bilder zeigen, wo sich Lawinen, Auswurfmaterial oder Hänge befinden; das von ihnen reflektierte Licht liefert zusätzliche Informationen über ihren Oberflächenzustand und ihren relativen Entwicklungsgrad. Selbst wenn einige Eigenschaften absolut schwer zu bestimmen bleiben, liefert der Ansatz eine robuste Einstufung der „Frische“ der Ablagerungen. Dieses Rahmenwerk könnte auf andere atmosphärenlose Körper angewendet werden, deren Oberflächen die kombinierte Geschichte von Einschlägen, Massenbewegungen und Weltraumverwitterung aufzeichnen.
Referenz
D. T. Nguyen, A. Roque-Bernard, A. Lucas, S. Jacquemoud & C. Ferrari, “Bayesian inversion of the Hapke model on (4) Vesta's avalanches and ejecta: photometric constraints on regolith evolution”, Astronomy & Astrophysics, im Erscheinen. DOI: 10.1051/0004-6361/202557890.
Quelle: IPGP