세레스의 밝은 점에서 예상 밖의 변화 양상을 포착하다.

Credit:ESO/L.Calcada/NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/Steve Albers/N. Risinger (skysurvey.org)

 

그림1> 이 상상화는 NASA의 던 우주선이 자세하게 촬영한 난쟁이행성 세레스의 표면 사진들을 근거로 그려진 것이다. 

그림에는 오카토르(Occator) 충돌구덩이 및 다른 여러 지역에서 매우 밝게 보이는 물질들이 묘사되어 있다.

ESO 3.6미터 망원경에 장착된 HARPS 분광사진기를 이용하여 일 단위로 일어나는 이 밝은 점들의 예상치 못한 변화를 밝혀냈다.
이는 이 밝은 점들이 세레스가 자전할 때 태양빛의 영향에 의해 변화하고 있다는 것을 암시하는 결과이다.

 

ESO 라실라 천문대의 HARPS 분광사진기를 이용한 관측에서 난쟁이행성 세레스의 밝은 점들이 예상치 않은 변화를 나타낸다는 사실이 밝혀졌다.

비록 세레스는 지구에서 봤을 때 작은 점에 지나지 않지만 그 빛을 주의깊에 연구한 결과 세레스의 자전에 따른 변화 뿐만 아니라 한 낮동안 이 점들이 더 밝아지는 현상을 비롯하여 여러 변화가 나타난다는 것이 포착된 것이다.

이번 관측 결과는 이 밝은 점들을 구성하는 물질들이 태양빛의 열기에 의해 기화되고 있음을 말해주고 있다.

 

세레스는 화성과 목성사이의 소행성 벨트에서 가장 커다란 몸집을 자랑하는 천체이며 소행성 벨트의 천체로서는 유일하게 난쟁이행성으로 분류되는 천체이다.

 

NASA의 던 우주선은 1년 전부터 세레스 주위를 공전하고 있으며 그 표면을 매우 세밀하게 조사하였다.

세레스에서 가장 놀라운 발견 중의 하나는 매우 밝은 점들의 존재였다.
이 점들은 주위의 상당부분 어두운 지형에 대비하여 훨씬 밝은 빛을 반사해내고 있다.[1]

이 밝은 점들 중에서 가장 눈에 띠는 점은 오카토르 충돌구덩이 내부에 자리잡고 있는 점이다.
이 밝은 점들의 존재는 세레스가 소행성 벨트상의 대부분의 다른 이웃 소행성보다 훨씬 더 활동적인 천체일지도 모른다는 점을 말해주는 것이다.

 

 

Credit:NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

 

사진 1> NASA의 던 우주선이 촬영한 이 사진은 오카토르 충돌 구덩이 및 세레스의 여러 군데에서 발견되는 매우 밝은 점을 이루는 물질을 보여주고 있다.

 

ESO 3.6미터 망원경에 장착된 HARPS 분광사진기를 이용한 매우 세밀한 관측을 통해 세레스 자체의 자전 때문에 발생하는 점들의 움직임 뿐 아니라 또다른 변화가 있음이 밝혀졌다.
그것은 이 밝은 점들이 태양빛에 의해 기화되는 물질로 구성되었을지도 모른다는 사실을 말해주고 있다.

이번 논문의 주저자인  이탈리아 국립 천문 연구소(INAF) 산하 -트리스테 천문대, 파올로 몰라로(Paolo Molaro)의 설명은 다음과 같다.
"던 우주선이 세레스의 표면에서 수수께끼의 밝은 점이 존재한다는 것을 밝혀내자마자, 저는 즉시 이것을 지구에서도 측정할 수 있을 것이라고 생각했습니다.
세레스가 자전하기 때문에 이 점들은 지구를 향해 다가왔다가 지구로부터 멀어졌다가를 반복하죠.
이 와중에 태양빛을 반사해내면서 만들어지는 분광 효과가 지구까지 도달할 것이라고 생각했죠."

 

세레스는 9시간 단위로 자전한다.
이 자전에 의해 지구를 향해 가까와졌다가 멀어지는 점들의 움직임 및 이를 통해 나타나는 효과에 대해 계산한 결과 자전을 통해 나타나는 편차는 매우 작은 값인 시간당 20킬로미터 수준이었다.

그러나 이처럼 미미한 움직임마저도 HARPS와 같은 첨단 장비를 이용하여 측정가능한 도플러 효과로는 충분한 수준이었다.

 

연구팀은 HARPS를 이용하여 2015년 7월과 8월, 총 이틀 밤을 약간 넘어서는 시간동안 관측을 진행했다.

 

이번 논문의 공동저자인 이탈리아 국립 천문 연구소(INAF) 산하 카타니아 천체물리 관측소 안토니노 란자(Antonino Lanza)의 소감은 다음과 같다.
"그 결과는 정말 놀라웠습니다.
우리는 자전하는 세레스로부터 예상된 스펙트럼의 변화를 얻을 수 있었죠.
그런데 하루동안 또다른 상당한 변화도 있었습니다."
 

연구팀은 이러한 변화가 태양 빛에 의해 증발 가능한 휘발성 물질들이 존재하기 때문일 것으로 결론지었다.[2]

 

오카토르 충돌 구덩이 내의 밝은 점들이 태양 빛을 받게 될 때 이 점들이 기화된 증기를 만들어내게 되고 이 증기는 매우 효과적으로 태양빛을 반사하게 된다.

이 증기가 빠르게 증발되어 사라지면서 반사율이 떨어지게 되고, 바로 이러한 현상들이 관측시 밝은 점의 변이로 보이게 되는 것이다.

 

한 낮동안 일어나는 이러한 변화는 짧은 시간 간격과 긴 시간 간격 모두에서 또다른 임의적인 변화의 양상을 불러일으키게 된다.

만약 이러한 해석이 세레스에서 확실하게 발생하는 현상으로 확정된다면 세레스는 베스타는 물론 다른 소행성 벨트 상의 주요 소행성들과는 확연히 다른 특징을 갖게 되는 천체가 된다.

 

세레스는 상대적으로 고립되어 있는 천체임에도 불구하고 내부적으로 매우 활동성을 가지고 있는 천체인 듯이 보인다.[3]

 

세레스는 물을 풍부하게 가지고 있는 천체로 알려져 있다. 그러나 이처럼 많은 물이 이 밝은 점들과 연관 관계가 있는지는 확실치 않다.

또한 표면으로부터 지속적으로 물질이 누출되게 만드는 추동기재가 무엇인지 역시 전혀 알려져 있는 것이 없다.

던 우주선은 세레스와 이 수수께끼의 점들을 계속 연구할 예정이다.

하지만 던 우주선의 임무가 끝난 후에도 지상에 위치한 HARPS나 또다른 관측 설비들은 세레스의 대한 관측을 계속 진행할 수 있을 것이다.

 

 

각주
[1] 2003년과 2004년 허블우주망원경을 통해 촬영된 훨씬 이전의 세레스 사진에서도 이 밝은 점들은 선명함이 훨씬 떨어지기는 하지만 똑같이 목격되고 있었다.
  

[2] 이러한 결론은 세레스의 밝은 점들에서 높은 반사율을 보이는 물질들이 이제 막 노출된 물얼음이거나  황산 마그네슘 수화물일수도 있음을 말해주는 결과이다.

 

[3] 목성이나 토성 주의의 거대한 달들처럼 태양계에서 가장 활동적인 내부 활동을 보이는 천체들 중 상당수는 거대 행성에 가까이 있기 때문에 받는 강력한 중력 작용때문이다.

 

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release  2016년 3월 16일자 
         http://www.eso.org/public/news/eso1609/        

 

참고 : 세레스를 비롯한 태양계 작은 천체에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          왜소행성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346957
          소행성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346956
          혜성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346955
          유성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346954

 

원문>

eso1609 — Science Release

Unexpected Changes of Bright Spots on Ceres Discovered

16 March 2016

Observations made using the HARPS spectrograph at ESO’s La Silla Observatory in Chile have revealed unexpected changes in the bright spots on the dwarf planet Ceres. Although Ceres appears as little more than a point of light from the Earth, very careful study of its light shows not only the changes expected as Ceres rotates, but also that the spots brighten during the day and also show other variations. These observations suggest that the material of the spots is volatile and evaporates in the warm glow of sunlight.

Ceres is the largest body in the asteroid belt between Mars and Jupiter and the only such object classed as a dwarf planet. NASA’s Dawn spacecraft has been in orbit around Ceres for more than a year and has mapped its surface in great detail. one of the biggest surprises has been the discovery of very bright spots, which reflect far more light than their much darker surroundings [1]. The most prominent of these spots lie inside the crater Occator and suggest that Ceres may be a much more active world than most of its asteroid neighbours.

New and very precise observations using the HARPS spectrograph at the ESO 3.6-metre telescope at La Silla, Chile, have now not only detected the motion of the spots due to the rotation of Ceres about its axis, but also found unexpected additional variations suggesting that the material of the spots is volatile and evaporates in sunlight.

The lead author of the new study, Paolo Molaro, at the INAF–Trieste Astronomical Observatory, takes up the story: "As soon as the Dawn spacecraft revealed the mysterious bright spots on the surface of Ceres, I immediately thought of the possible measurable effects from Earth. As Ceres rotates the spots approach the Earth and then recede again, which affects the spectrum of the reflected sunlight arriving at Earth.”

Ceres spins every nine hours and calculations showed that the effects due to the motion of the spots towards and away from the Earth caused by this rotation would be very small, of order 20 kilometres per hour. But this motion is big enough to be measurable via the Doppler effect with high-precision instruments such as HARPS.

The team observed Ceres with HARPS for a little over two nights in July and August 2015. "The result was a surprise," adds Antonino Lanza, at the INAF–Catania Astrophysical Observatory and co-author of the study. "We did find the expected changes to the spectrum from the rotation of Ceres, but with considerable other variations from night to night.”

The team concluded that the observed changes could be due to the presence of volatile substances that evaporate under the action of solar radiation [2]. When the spots inside the Occator crater are on the side illuminated by the Sun they form plumes that reflect sunlight very effectively. These plumes then evaporate quickly, lose reflectivity and produce the observed changes. This effect, however, changes from night to night, giving rise to additional random patterns, on both short and longer timescales.

If this interpretation is confirmed Ceres would seem to be very different from Vesta and the other main belt asteroids. Despite being relatively isolated, it seems to be internally active [3]. Ceres is known to be rich in water, but it is unclear whether this is related to the bright spots. The energy source that drives this continual leakage of material from the surface is also unknown.

Dawn is continuing to study Ceres and the behaviour of its mysterious spots. Observations from the ground with HARPS and other facilities will be able to continue even after the end of the space mission.

Notes

[1] Bright spots were also seen, with much less clarity, in earlier images of Ceres from the NASA/ESA Hubble Space Telescope taken in 2003 and 2004.

[2] It has been suggested that the highly reflective material in the spots on Ceres might be freshly exposed water ice or hydrated magnesium sulphates.

[3] Many of the most internally active bodies in the Solar System, such as the large satellites of Jupiter and Saturn, are subjected to strong tidal effects due to their proximity to the massive planets.

More information

This research was presented in a paper entitled “Daily variability of Ceres’ Albedo detected by means of radial velocities changes of the reflected sunlight”, by P. Molaro et al., which appeared in the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

The team is composed of P. Molaro (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Trieste, Italy), A. F. Lanza (INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania, Catania, Italy), L. Monaco (Universidad Andres Bello, Santiago, Chile), F. Tosi (INAF-IAPS Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Rome, Italy), G. Lo Curto (ESO, Garching, Germany), M. Fulle (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Trieste, Italy) and L. Pasquini (ESO, Garching, Germany).

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is a major partner in ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre European Extremely Large Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

Links

• Research paper
• Photos of the ESO 3.6-metre telescope and HARPS

Contacts

Paolo Molaro
INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste
Trieste, Italy
Email: molaro@inaf.oats.it

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

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