Westa jest drugim najbardziej masywnym ciałem w pasie asteroid, ustępującym jedynie Ceres, która jest sklasyfikowana jako planeta karłowata. Najjaśniejsza planetoida na niebie, Westa jest od czasu do czasu widoczna z Ziemi gołym okiem. Jest to pierwsza z czterech największych planetoid (Ceres, Westa, Pallas i Hygiea), która została odwiedzona przez statek kosmiczny. Misja Dawn okrążyła Westę w 2011 roku, dostarczając nowych spostrzeżeń na temat tego skalistego świata.
Policja niebiańska
W 1596 roku, podczas określania eliptycznego kształtu orbit planetarnych, Johannes Kepler doszedł do wniosku, że w luce pomiędzy Marsem a Jowiszem powinna istnieć planeta. Matematyczne obliczenia Johanna Daniela Titiusa i Johanna Elerta Bode z 1772 roku – znane później jako prawo Titiusa-Bode – zdawały się potwierdzać te przewidywania. W sierpniu 1798 roku grupa znana jako Niebiańska Policja (Celestial Police) utworzyła się w celu poszukiwania tej zaginionej planety. Wśród nich był niemiecki astronom Heinrich Olbers. Olbers odkrył drugą znaną asteroidę, Pallas. W liście do jednego z kolegów astronomów przedstawił pierwszą teorię pochodzenia asteroidy. Napisał: „Czy może być tak, że Ceres i Pallas są tylko parą fragmentów … niegdyś większej planety, która kiedyś zajmowała właściwe jej miejsce między Marsem a Jowiszem?”
Olbers rozumował, że fragmenty takiej planety przecinałyby się w miejscu eksplozji, a następnie na orbicie dokładnie naprzeciwko. Obserwował te dwa obszary co noc i 29 marca 1807 roku odkrył Westę, stając się pierwszą osobą, która odkryła dwie planetoidy. Po kilku nocnych obserwacjach Olbers wysłał swoje obliczenia do matematyka Carla Friedricha Gaussa, który w niezwykły sposób obliczył orbitę Pallas w zaledwie 10 godzin. W związku z tym przypadł mu zaszczyt nazwania nowego ciała. Wybrał imię Vesta, bogini domowego ogniska i siostra Ceres.
Właściwości fizyczne Westy
Westa jest wyjątkowa wśród planetoid w tym, że ma jasne i ciemne plamy na powierzchni, podobnie jak Księżyc. Obserwacje naziemne wykazały, że asteroida posiada obszary bazaltowe, co oznacza, że lawa kiedyś płynęła po jej powierzchni. Ma nieregularny kształt, zbliżony do sferoidy obłej (w terminologii nietechnicznej, nieco zmiażdżonej kuli).
- Średnica: 329 mil (530 kilometrów)
- Masa: 5,886 X 1020 funtów. (2,67 x 1020 kilogramów)
- Temperatura: 85 do 255 K (minus 306 do 0 stopni Fahrenheita / minus 188 do minus 18 stopni Celsjusza)
- Albedo: 0,4322
- Okres rotacji: 5,342 godziny
- Orbitalny okres obiegu: 3,63 roku
- Ekscentryczność: .0886
- Aphelion: 2,57 AU
- Perihelion: 2,15 AU
- Najbliższe zbliżenie do Ziemi: 1.14 AU
Powierzchnia, skład i formowanie
Kiedy Westa zbliżyła się do Ziemi w 1996 roku, Kosmiczny Teleskop Hubble’a zmapował jej powierzchnię topograficzną i cechy charakterystyczne. Ujawniło to duży krater na biegunie południowym, który wcina się do jej wnętrza. Średnica krateru wynosi średnio 460 km – pamiętajmy: Sama Vesta ma tylko 530 km średnicy. Wcina się on średnio 13 km w skorupę i najprawdopodobniej powstał w wyniku zderzenia we wczesnym okresie życia planetoidy. Materiał wyrzucony z tej kolizji zaowocował powstaniem wielu mniejszych planetoid – Westoid – orbitujących w pobliżu swojego rodzica, a także niektórych meteorytów, które rozbiły się o Ziemię.
W przeciwieństwie do większości planetoid, wnętrze Westy jest zróżnicowane. Podobnie jak planety ziemskie, planetoida ma skorupę z zastygłej lawy pokrywającej skalisty płaszcz oraz żelazne i niklowe jądro. To uwiarygodnia argument za nazwaniem Westy protoplanetą, a nie planetoidą.
Jądro Westy akreowało gwałtownie w ciągu pierwszych 10 milionów lat po uformowaniu się Układu Słonecznego. Bazaltowa skorupa Westy również uformowała się szybko, w ciągu kilku milionów lat. Erupcje wulkaniczne na powierzchni pochodziły z płaszcza i trwały od 8 do 60 godzin. Same strumienie lawy miały od kilkuset metrów do kilku kilometrów, a ich grubość wahała się od 5 do 20 metrów. Sama lawa szybko stygła, tylko po to, by zostać ponownie pogrzebana przez kolejne lawy, aż skorupa była kompletna. Grawitacja Dawn umieściła jej rdzeń na poziomie około 18 procent masy Westy, czyli proporcjonalnie około dwóch trzecich masy rdzenia Ziemi.
W rzeczywistości, gdyby nie Jowisz, Westa mogłaby mieć duże szanse na stanie się planetą.
„W pasie asteroid, Jowisz w zasadzie wymieszał rzeczy tak bardzo, że nie były one w stanie łatwo akreować ze sobą”, powiedział dziennikarzom w 2012 roku David O’Brien, naukowiec Dawn z Planetary Science Institute w Tucson w Arizonie.
„Prędkości w pasie asteroid były naprawdę duże, a im większa jest prędkość, tym trudniej jest rzeczom łączyć się ze sobą pod wpływem własnej grawitacji”, dodał O’Brien.
W 1960 roku kula ognia przesuwająca się po niebie nad Millbillie w Australii ogłosiła przybycie kawałka Westy na Ziemię. Złożony prawie w całości z piroksenu, minerału występującego w strumieniach lawy, meteoryt nosi te same sygnały spektralne co Westa.
Sonda kosmiczna Dawn NASA, która odwiedziła asteroidę w 2012 roku, odkryła, że skaliste ciało ma zaskakującą ilość wodoru na swojej powierzchni. Znalazła również jasne, odbijające światło regiony, które mogły pozostać po jej narodzinach.
„Nasza analiza wykazała, że ten jasny materiał pochodzi z Westy i uległ niewielkim zmianom od czasu jej uformowania ponad 4 miliardy lat temu”, powiedział Jian-Yang Li, naukowiec uczestniczący w badaniach Dawn na Uniwersytecie Maryland w College Park, w oświadczeniu.
Masywna góra góruje nad południowym biegunem Westy. Ogromna góra osiąga ponad 65 000 stóp (20 kilometrów) wysokości, co czyni ją prawie tak wysoką jak Olympus Mons, największa góra (i wulkan) w Układzie Słonecznym. Olympus Mons wznosi się około 15 mil (24 kilometry) ponad powierzchnię Marsa.
„Południowa góra polarna jest większa niż duża wyspa Hawajów, największa góra na Ziemi, mierzona od dna oceanu”, powiedział główny badacz Dawn Chris Russell na konferencji astronomicznej w 2011 roku. „Jest prawie tak wysoka jak najwyższa góra w Układzie Słonecznym, tarcza wulkanu Olympus Mons na Marsie.”
Przez asteroidę przepływała kiedyś płynna woda. Obrazy przechwycone przez sondę kosmiczną Dawn ujawniły zakrzywione wąwozy i depozyty w kształcie wachlarza w ośmiu różnych kraterach uderzeniowych Westy. Uważa się, że wszystkie osiem kraterów powstało w ciągu ostatnich kilkuset milionów lat, czyli całkiem niedawno, jak na 4,5-miliardową asteroidę.
„Nikt nie spodziewał się znaleźć dowodów na istnienie wody na Veście. Powierzchnia jest bardzo zimna i nie ma atmosfery, więc każda woda na powierzchni wyparowuje” – powiedziała w oświadczeniu NASA główna autorka badania, Jennifer Scully, badaczka podyplomowa z UCLA. „Jednakże, Vesta okazuje się być bardzo interesującym i złożonym ciałem planetarnym.”
Scully i jej zespół uważają, że cechy zostały stworzone przez strumienie gruzu, w przeciwieństwie do rzek lub strumieni czystej wody, wyrzeźbiły wąwozy Westy. Zaproponowali, że meteoryty bombardujące asteroidę stopiły pokłady lodu pod powierzchnią, wysyłając ciekłą wodę i małe cząstki skalne spływające po ścianach krateru. Taka aktywność sugeruje obecność lodu zakopanego pod powierzchnią.
„Gdyby był obecny dzisiaj, lód byłby zakopany zbyt głęboko, aby mógł być wykryty przez którykolwiek z instrumentów Dawn,” powiedział Scully. „Jednak kratery z zakrzywionymi wąwozami są związane z terenem wżerowym, który został niezależnie zasugerowany jako dowód na utratę lotnych gazów z Westy.”
Lód mógł być odpowiedzialny za modyfikację powierzchni Westy. W 2017 roku badanie zasugerowało, że gładkie płaty terenu na asteroidzie często posiadały wysokie stężenie wodoru, co jest często widoczne, gdy promieniowanie słoneczne rozbija cząsteczki wody.
„Sugerujemy, że modyfikacje powierzchni przez topnienie zakopanego lodu mogły być odpowiedzialne za wygładzenie tych obszarów”, powiedział Space.com Essam Heggy, naukowiec planetarny z Uniwersytetu Południowej Kalifornii w Los Angeles. „Zakopany lód mógł zostać wyniesiony na powierzchnię po uderzeniu, co spowodowało, że rozgrzany lód stopił się i powędrował przez szczeliny na powierzchnię.”
Dawn zaobserwował również oznaki uwodnionych minerałów (minerałów zawierających cząsteczki wody) na powierzchni Westy, które również mogą wskazywać na obecność zakopanego lodu. Uwodnione materiały były związane ze starszymi terenami, i mogły zostać dostarczone przez uderzenia materiału z dalszej części Układu Słonecznego.
Mapa Westy na małej wysokości ujawniła bogatą geologię. Strome zbocza asteroidy, w połączeniu z jej dużą grawitacją, torują drogę skałom do staczania się w dół, odsłaniając inne materiały. Dawn ujawnił różnorodność minerałów, w tym jasne i ciemne materiały, które mogą odnosić się do potencjalnego zakopanego lodu.
Zapomniani goście na Ziemi
W rzeczywistości unikalny skład Westy oznacza, że jest ona odpowiedzialna za całą grupę meteorytów. Meteoryty HED – składające się z howardytów, eukrytów i diogenitów – opowiadają historię wczesnego życia Westy. Eukryty powstają ze stwardniałej lawy, podczas gdy diogenity pochodzą spod powierzchni. Howardyty są połączeniem obu tych form, powstałym w wyniku dużego uderzenia, które wymieszało te dwie części razem.
Vesta była podejrzewana o bycie źródłem meteorytów HED od 1970 roku. Spektrometr mapujący Dawn zweryfikował tę tezę. Zespół Dawn uważa, że meteoryty HED pochodzą z basenu uderzeniowego o nazwie Rheasilvia, po starożytnej rzymskiej kapłance dziewicy vestal. Rheasilvia, o średnicy 310 mil (500 kilometrów), jest prawie tak duża jak sama Westa. Najprawdopodobniej powstała w wyniku kolizji, która oderwała większość skorupy południowej półkuli, odsłaniając wnętrze planetoidy.
„Westa prawdopodobnie była bliska roztrzaskania”, powiedziała Carol Raymond, główny badacz Dawn, zauważając, że uderzenie pozostawiło koncentryczne zestawy koryt – linii pęknięć – wokół równika Westy.
Paralelne koryta mogą być kolejnym znakiem ogromnego uderzenia. Raymond powiedział Planetary Society, że obecność tych koryt sugeruje poważne uszkodzenia wnętrza planetoidy.
Jeśli orbita Westy leży poza Marsem, to jak jej kawałki zdołały dotrzeć na Ziemię? Fragmenty Westy mijają Jowisza raz na trzy orbity wokół Słońca, pozwalając grawitacji największej planety oddziaływać na nie. Takie szarpnięcie mogło przesunąć fragmenty na tyle, że spowodowało ich ostateczne zderzenie z Ziemią.
W rezultacie Westa jest jednym z trzech ciał, z których naukowcy posiadają próbki. Pozostałe dwa to Księżyc i Mars.
Badanie asteroidy
We wrześniu 2007 roku NASA wystrzeliła misję Dawn, która jest wyjątkowa, ponieważ była pierwszym statkiem, który wszedł na orbitę wokół jednego ciała Układu Słonecznego, a następnie udał się na drugą. Dawn wszedł na orbitę wokół Westy w lipcu 2011 roku. Po rocznym badaniu asteroidy, w marcu 2015 roku opuściła Westę i natrafiła na Ceres.
Misja Dawn należąca do NASA ma na celu zbadanie cech wczesnego Układu Słonecznego poprzez analizę dwóch planetoid, które bardzo się od siebie różnią. Ceres jest wilgotna, z sezonowymi czapami polarnymi i może mieć cienką atmosferę. Westa, z drugiej strony, jest sucha i skalista. Badanie unikalnych sygnatur spektralnych w jej skalistej skorupie poszerzy naszą wiedzę o naszej własnej planecie, jak również o Marsie i Merkurym.
Zważywszy na ich rozmiar, te dwie są właściwie uważane za protoplanety, czyli małe planety. Grawitacyjne przyciąganie Jowisza zakłóciło ich formowanie. Bez obecności gazowego olbrzyma, obie mogły kontynuować ewolucję w pełnowymiarowe planety.
„Teraz wiemy, że Westa jest jedynym nienaruszonym, warstwowym planetarnym budulcem, który przetrwał od najwcześniejszych dni Układu Słonecznego” – powiedziała dziennikarzom w 2012 roku Carol Raymond z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Pasadenie w Kalifornii.
Badanie Westy przez Dawn pozwoliło na stworzenie najlepszej jak dotąd mapy tej asteroidy.
W październiku 2010 roku Kosmiczny Teleskop Hubble’a ponownie zobrazował Westę. Uzyskane dane ujawniły, że asteroida jest przechylona o około cztery stopnie bardziej niż początkowo sądzili naukowcy. Odkrycia te pomogły NASA umieścić statek kosmiczny na odpowiedniej orbicie biegunowej wokół asteroidy. Dawn wymaga światła słonecznego, aby wykonywać swoje zadania związane z mapowaniem i obrazowaniem.
Uwaga redaktora: Ten artykuł został zaktualizowany 29 maja 2018 r., aby wyjaśnić, że Westa nie była pierwszą asteroidą odwiedzoną przez statek kosmiczny, ale raczej pierwszą z czterech największych asteroid, które zostały odwiedzone.