Lo space weathering è un termine generico che definisce diversi processi che agiscono su un corpo esposto all'ambiente spaziale. La superficie di stelle prive di atmosfera come la Luna , Mercurio , asteroidi , comete o anche alcuni satelliti naturali subiscono vari processi di erosione originati da:
L'erosione spaziale ha un impatto significativo sulle proprietà fisiche e ottiche della superficie di molti corpi planetari. È quindi importante comprenderne gli effetti per interpretare correttamente i dati misurati.
La maggior parte delle conoscenze relative all'erosione spaziale proviene dallo studio di campioni lunari riportati dal programma Apollo , ed in particolare della regolite . Il flusso costante di particelle ad alta energia e micrometeoriti frantuma, scioglie, polverizza e vaporizza i componenti del suolo lunare.
I primi prodotti dell'erosione spaziale che sono stati riconosciuti nei suoli lunari sono stati gli " agglutinati ". Si tratta di materiali creati quando gli impatti di micrometeorite fondono una piccola quantità di vetro e incorporano frammenti di minerali circostanti in un aggregato che varia di dimensioni da pochi micrometri a pochi millimetri. Gli agglutinati sono molto comuni nel suolo lunare, dove rappresentano dal 60 al 70% dei terreni che sono stati esposti abbastanza a lungo alle particelle del vento solare Queste forme complesse e irregolari appaiono nere all'occhio umano, principalmente a causa della presenza di nanoparticelle di ferro .
L'erosione spaziale genera anche prodotti come schizzi di vetro, impianti di idrogeno , elio e altri gas, nonché composti aggregati come nanoparticelle di ferro. Non è stato fino agli anni '90 che nuove tecniche e nuovi strumenti come i microscopi elettronici a trasmissione hanno permesso di scoprire patine o bordi molto sottili (60-200 nm). Sul suolo lunare, sono gli impatti delle micrometeoriti che generano un materiale polverizzato e vapori che vengono poi ridepositati sulla superficie.
Questi processi di alterazione degli agenti atmosferici hanno effetti importanti sulle proprietà spettrali dei suoli lunari, specialmente nelle lunghezze d'onda ultraviolette , visibili e del vicino infrarosso . Queste variazioni spettrali sono state in gran parte attribuite all'inclusione di "particelle di ferro su scala nanometrica", che è un componente onnipresente di due agglutine. Queste piccolissime bolle di ferro metallico (da uno a poche centinaia di nanometri di diametro) vengono create quando i minerali di ferro ( ad esempio olivina e pirosseno ) vengono vaporizzati e il ferro viene rilasciato e ridepositato nella sua forma pura.
Le conseguenze sulle proprietà spettrali dell'erosione spaziale sono triplici: le superfici alterate diventano più scure (la loro albedo è ridotta), più rosse (la loro riflettanza aumenta con la lunghezza d'onda ) e la profondità delle sue bande d. L'assorbimento è ridotto. Questi effetti sono principalmente dovuti alla presenza di ferro nelle agglutine e negli aggregati attorno ai singoli grani. Gli effetti di oscuramento indotti dall'erosione spaziale sono facili da osservare studiando i crateri lunari. I crateri più recenti hanno sistemi a raggi chiari perché espongono materiale inalterato, ma nel tempo questi raggi scompaiono quando il processo di erosione oscura il materiale.
Si ritiene che l'erosione spaziale si verifichi anche sugli asteroidi , sebbene l'ambiente sia molto diverso da quello della Luna. Le micrometeoriti che colpiscono i corpi della fascia degli asteroidi sono più lente e fondono meno materia superficiale, producendo anche meno vapori. Inoltre, il numero di particelle del vento solare che raggiungono la fascia degli asteroidi è inferiore a quello osservato sulla Luna. E infine, una minore gravità dei corpi (perché sono più piccoli della luna) ha la conseguenza di ridurre l'erosione rispetto a quanto si osserva sulla superficie lunare . L'erosione è più lenta e in misura minore sulla superficie degli asteroidi.
Tuttavia, la prova dell'erosione spaziale è stata osservata sugli asteroidi. Per anni, il fatto che gli spettri degli asteroidi non corrispondessero agli spettri delle raccolte di meteoriti ad essi associati è rimasto enigmatico. In particolare, gli spettri degli asteroidi di tipo S , il tipo più abbondante, non corrispondono agli spettri del tipo più abbondante di meteoriti, le condriti ordinarie . Gli spettri degli asteroidi tendono ad essere più rossi con una curvatura ripida nel visibile. Tuttavia, Binzel et al. ha identificato asteroidi vicino alla Terra con proprietà spettrali che abbracciano la gamma di tipo S con spettri simili ai meteoriti OC, suggerendo un processo continuo che altera gli asteroidi di tipo S in uno spettro di materiale che può assomigliare alle condriti ordinarie. Ulteriori prove dell'alterazione della regolite furono prodotte durante i flyby di Gaspra e Ida di Galileo . I crateri recenti (caratterizzati da materiali che sono emersi solo di recente) hanno notevoli differenze spettrali con il resto della superficie dell'asteroide. Nel tempo, gli spettri di Ida e Gaspra diventano rossi e perdono il loro contrasto spettrale. Le misurazioni a raggi X effettuate dalla sonda NEAR Shoemaker indicano che Eros è composto da condrite ordinaria nonostante uno spettro di tipo S che mostri una pendenza in rosso, il che suggerisce ancora una volta che alcuni processi hanno alterato le proprietà ottiche della superficie. i risultati della sonda Hayabusa sull'asteroide Itokawa indicano anche una composizione di condrite ordinaria e identificano i prodotti dell'erosione spaziale. Infatti, Itokawa è molto piccola (550 m di diametro), la sua bassa gravità non consente lo sviluppo di una regolite matura. Tuttavia, sembra che le patine degli agenti atmosferici dovute all'erosione spaziale si siano sviluppate sulle superfici rocciose dell'asteroide.
Anche l'ambiente di Mercurio differisce in modo significativo da quello della Luna. Da un lato, è significativamente più caldo durante il giorno (la temperatura superficiale diurna è di circa 100 ° C per la Luna mentre raggiunge i 425 ° C su Mercurio) e più freddo di notte, il che altera gli effetti dell'erosione spaziale. Mercurio, invece, per la sua collocazione nel sistema solare è anche soggetto ad un flusso di micrometeoriti leggermente maggiore e con una velocità di impatto molto superiore a quella che raggiunge la Luna. Questi due fattori si combinano su Mercurio per produrre vapori e materiali fusi in modo molto più efficiente che sulla Luna. Per unità di superficie, si prevede che gli impatti su Mercurio produrranno 13,5 volte più materia fusa e 19,5 volte più vapore rispetto alla Luna.
Lo spettro ultravioletto e visibile di Mercurio, come osservato dai telescopi dalla Terra, è approssimativamente lineare con una pendenza in rosso. Non ci sono bande di assorbimento associate a minerali ferrosi, come il pirosseno. Ciò significa che o non c'è ferro sulla superficie di Mercurio, o il ferro nei minerali di ferro è stato alterato. Una superficie alterata spiegherebbe quindi la pendenza nel rosso dello spettro. .