The Solar Wind (ions and electrons) affects Solar System bodies that are not protected by an atmosphere or a magnetosphere (e.g. the Moon and asteroids), altering the optical properties of their soil. This alteration changes the spectral properties of silicate-rich objects, inducing progressive darkening and reddening of the solar reflectance spectra in the UV-Vis-NIR range . The surface of the asteroid Vesta, one of the three largest main belt bodies (D = 529 ± 10 km), is surprisingly pristine. Recent ion irradiation experiments on pyroxenes have shown significant reddening and darkening of the collected spectra with progressive irradiation. Since pyroxene is a major surface component of Vesta as determined by spectroscopy, a team from the Paris Observatory led by Pierre Vernazza aimed to test whether the solar wind irradiation alters significantly the optical properties of the surface of Vesta. Consequently, an ion irradiation experiment has been performed (at the Observatory of Catania) on a eucrite meteorite (basalt) called Bereba, which characterizes well the surface of Vesta, in order to simulate the solar wind irradiation on this asteroid.

Figure 1 : a) VIS-NIR (0.4-2.5 µm) reflectance spectra of the eucrite meteorite Bereba before and after irradiation with two different Ar++ ion fluences. b) The initial reflectance spectrum of Bereba (1) and that obtained at the highest ion fluence (3) are shown scaled to 1 at 0.7 µm, and compared with the spectrum of Vesta and the spectrum of a small lunar mare area. Click on the image to enlarge it vesta-f1.gif

Irradiation of a virgin sample of Bereba (Figure1a), whose spectrum and albedo are very close to those of Vesta (albedo 0.35), yields a spectrum that is very similar to the Moon’s, in terms of spectral slope and albedo (Moon’s albedo 0.1). It appears that space weathering affecting the Moon surface minerals left Vesta’s surface unaltered. Moreover, the 6.6x1015 Ar++/cm2 ion fluence used in this experiment corresponds to a timescale for the solar wind ions at 2.36 AU (average heliocentric distance of Vesta) of about 105 years. This result implies that, if solar wind ions do reach the surface of Vesta, its reflectance spectrum should be much redder and its albedo lower. Indeed, this implies that solar wind particles can not have reached the asteroid surface. A remanent magnetic field is the most likely way of forming an obstacle to the solar wind flow resulting in its diversion. The present data does not enable to distinguish between a global magnetic field producing a bona fide magnetosphere (Figure 2a) and a number of uniformly magnetized blocks of crustal material uniformly magnetized producing several crustal "magnetospheres" (Figure 2b). Irradiation of a virgin sample of Bereba (Figure1a), whose spectrum and albedo are very close to those of Vesta (albedo 0.35), yields a spectrum that is very similar to the Moon’s, in terms of spectral slope and albedo (Moon’s albedo 0.1). It appears that space weathering affecting the Moon surface minerals left Vesta’s surface unaltered. Moreover, the 6.6x1015 Ar++/cm2 ion fluence used in this experiment corresponds to a timescale for the solar wind ions at 2.36 AU (average heliocentric distance of Vesta) of about 105 years. This result implies that, if solar wind ions do reach the surface of Vesta, its reflectance spectrum should be much redder and its albedo lower. Indeed, this implies that solar wind particles can not have reached the asteroid surface. A remanent magnetic field is the most likely way of forming an obstacle to the solar wind flow resulting in its diversion. The present data does not enable to distinguish between a global magnetic field producing a bona fide magnetosphere (Figure 2a) and a number of uniformly magnetized blocks of crustal material uniformly magnetized producing several crustal "magnetospheres" (Figure 2b).

vesta-f2a.jpg vesta-f2b.jpg Figure 2 : Two sketches of Vesta’s magnetic field. The yellow area represents the regions directly accessible to the solar wind particles. The white areas represent the zone protected by the magnetic field. In red are the magnetic field lines. In brown, Vesta. a) (left) Vesta protected by a global magnetic field, producing a magnetosphere akin to the Earth.s one. b) (right) Vesta protected by local crustal "magnetospheres". In this case, the ions can reach the unprotected parts of the surface. Click on the images to enlarge them

Just as Jupiter’s magnetic field has been detected by remote sensing via its radio emission, long before space exploration, the present work provides a remote detection of Vesta’s magnetic field via its color, opening the way to a novel technique of asteroid exploration.

---

Reference Asteroid colors : a novel tool for magnetic field detection ? The case of Vesta P. Vernazza, R. Brunetto, G. Strazzulla, M. Fulchignoni, P. Rochette, N. Meyer-Vernet, I. Zouganelis A&A Letters, 2006, in press.

Contact Pierre Vernazza (Observatoire de Paris, LESIA)

Just as Jupiter’s magnetic field has been detected by remote sensing via its radio emission, long before space exploration, the present work provides a remote detection of Vesta’s magnetic field via its color, opening the way to a novel technique of asteroid exploration.

---

Reference Asteroid colors : a novel tool for magnetic field detection ? The case of Vesta P. Vernazza, R. Brunetto, G. Strazzulla, M. Fulchignoni, P. Rochette, N. Meyer-Vernet, I. Zouganelis A&A Letters, 2006, in press.

Contact Pierre Vernazza (Observatoire de Paris, LESIA)

Dernière modification le 4 mars 2013

Le vent solaire (ions et électrons) affecte les corps du système solaire qui ne sont pas protégés par une atmosphère ou une magnétosphère (par exemple la Lune ou les astéroïdes), et change les propriétés optiques de leur surface. Cette altération modifie les propriétés spectrales des objets riches en silicate, induisant un assombrissement et un rougissement progressif de leur spectre en réflectance dans le domaine de longueur d’onde 0.2-2.5 µm. La surface de Vesta, qui est un des trois plus grands astéroïdes de la ceinture principale (D = 529 ± 10 kilomètres), est étonnamment primitive. Des expériences récentes d’irradiation avec des ions sur des pyroxènes ont montré un rougissement et assombrissement significatif des spectres avec une irradiation progressive. Etant donné que le pyroxène est un composant majeur de la surface de Vesta, comme le démontre la spectroscopie, on pourrait s’attendre à ce que le vent solaire change de manière significative les propriétés optiques de la surface de Vesta. En conséquence, une expérience d’irradiation a été effectuée à l’Observatoire de Catane par une équipe de l’Observatoire de Paris animée par Pierre Vernazza sur une eucrite (météorite basaltique) appelée Bereba, qui caractérise bien la surface de Vesta, afin de simuler l’irradiation du vent solaire sur cet astéroïde.

Figure 1 : a) Spectre en réflectance (0.4-2.5 µm) de l’eucrite Bereba avant et après irradiation (ions Argon Ar++) avec deux fluences différentes. b) Le spectre initial de Bereba (1) et celui obtenu après la forte fluence (3) sont normalisés à1 à0.7 µm, et comparés au spectre de Vesta et au spectre d’une mer lunaire. Cliquer sur l’image pour l’agrandir vesta-f1.gif

L’irradiation d’un échantillon de Bereba (Figure1a), dont le spectre et l’albédo sont très proches de ceux de Vesta (albédo 0.35), transforme progressivement le spectre qui finit par être très semblable àcelui de la Lune, du point de vu de l’albédo ( 0.1) et de la pente spectrale. Il apparaît ainsi que l’altération spatiale affecte la surface de la Lune et non celle de Vesta. Le flux d’ions (ou fluence) de 6.6x1015 Ar++/cm2 atteint dans cette expérience correspond àune échelle de temps pour le vent solaire à2.36 UA (distance héliocentrique moyenne de Vesta) d’environ 105 ans. Cela montre qu’une durée très courte àl’échelle des phénomènes astronomiques suffit àmodifier les propriétés optiques de surface de cet astéroïde. Ce résultat implique que si les ions du vent solaire atteignent la surface de Vesta, son spectre devrait être plus rouge et son albédo plus bas. De fait, ceci implique que les particules du vent solaire ne peuvent avoir atteint la surface de l’astéroïde. Un champ magnétique rémanent est le processus le plus probable permettant de former un obstacle àl’écoulement du vent solaire en le déviant. Les données actuelles ne permettent pas de faire la distinction entre un champ magnétique global produisant une magnétosphère de type terrestre (Figure 2a) et plusieurs blocs de matière crustale uniformément magnétisés produisant des "magnétosphères" crustales (Figure 2b). L’irradiation d’un échantillon de Bereba (Figure1a), dont le spectre et l’albédo sont très proches de ceux de Vesta (albédo 0.35), transforme progressivement le spectre qui finit par être très semblable à celui de la Lune, du point de vu de l’albédo ( 0.1) et de la pente spectrale. Il apparaît ainsi que l’altération spatiale affecte la surface de la Lune et non celle de Vesta. Le flux d’ions (ou fluence) de 6.6x1015 Ar++/cm2 atteint dans cette expérience correspond à une échelle de temps pour le vent solaire à 2.36 UA (distance héliocentrique moyenne de Vesta) d’environ 105 ans. Cela montre qu’une durée très courte à l’échelle des phénomènes astronomiques suffit à modifier les propriétés optiques de surface de cet astéroïde. Ce résultat implique que si les ions du vent solaire atteignent la surface de Vesta, son spectre devrait être plus rouge et son albédo plus bas. De fait, ceci implique que les particules du vent solaire ne peuvent avoir atteint la surface de l’astéroïde. Un champ magnétique rémanent est le processus le plus probable permettant de former un obstacle à l’écoulement du vent solaire en le déviant. Les données actuelles ne permettent pas de faire la distinction entre un champ magnétique global produisant une magnétosphère de type terrestre (Figure 2a) et plusieurs blocs de matière crustale uniformément magnétisés produisant des "magnétosphères" crustales (Figure 2b).

vesta-f2a.jpg vesta-f2b.jpg Figure 2 : Schémas de 2 configurations possibles du champ magnétique de Vesta. En jaune, les régions directement accessibles aux particules du vent solaire. En blanc, les zones protégées par le champ magnétique. En rouge, les lignes de champ magnétique. En marron, Vesta. a) (gauche) Vesta protégé par un champ magnétique global, produisant une magnétosphère semblable àcelle de la Terre. b) (droite) Vesta protégé par des "magnétosphères" locales crustales. Dans ce cas, les ions peuvent atteindre les régions non protégées de la surface. Cliquer sur les images pour les agrandir

Ce travail a permis de prédire la présence d’un champ magnétique sur Vesta, àpartir de sa couleur observée depuis la Terre. Cette situation rappelle celle du champ magnétique de Jupiter, détecté depuis la Terre àpartir des émissions radio, bien avant son exploration par une sonde spatiale.

----
Référence Asteroid colors : a novel tool for magnetic field detection ? The case of Vesta P. Vernazza, R. Brunetto, G. Strazzulla, M. Fulchignoni, P. Rochette, N. Meyer-Vernet, I. Zouganelis A&A Letters, 2006, sous press.

Contact Pierre Vernazza (Observatoire de Paris, LESIA)

Ce travail a permis de prédire la présence d’un champ magnétique sur Vesta, à partir de sa couleur observée depuis la Terre. Cette situation rappelle celle du champ magnétique de Jupiter, détecté depuis la Terre à partir des émissions radio, bien avant son exploration par une sonde spatiale. ----
Référence Asteroid colors : a novel tool for magnetic field detection ? The case of Vesta P. Vernazza, R. Brunetto, G. Strazzulla, M. Fulchignoni, P. Rochette, N. Meyer-Vernet, I. Zouganelis A&A Letters, 2006, sous press.

Contact Pierre Vernazza (Observatoire de Paris, LESIA)

Dernière modification le 22 février 2013