小衛星（16）プシュケの可能な内部レイアウトを制約するために有限要素モデルを使用する数値アプローチ

プシュケはコア、マントルと地殻に分化した小衛星で鉄かニッケルを噴き出す活動により表面がコーティングされて反射能が高いが有力な説ですが８月打ち上げ予定の探査機が2026年に観測したら結論が出ます。以下、機械翻訳。
小衛星（16）プシュケの可能な内部レイアウトを制約するために有限要素モデルを使用する数値アプローチ
2022年4月29日
概要
小惑星（16）プシケ（278×238×171 kmのサイズ）は、最大のM型小惑星で有名であり、
メインベルト小惑星の中で高いレーダーアルベド（0.34±0.08）。オブジェクトはかさ密度が（〜4.0 g cm^-3）と金属材料（〜7.5 g cm^-3）より低いためおそらくケイ酸塩と金属の混合物です
表面にケイ酸塩物質が存在することを推測する観察結果。ここでは、数値的に調査します
プシュケの構造が球形の鉄心と2種類の鉄心で構成されている場合の内部レイアウト
圧縮プロセス（後で3層モデルとして知られています）。レイアウトを決定するための逆問題アルゴリズムを開発します
密度の変動を考慮した有限要素モデル（FEM）アプローチを組み合わせた分布
圧力ベースの破砕条件を制限します。結果は、10 MPaの最小コアサイズは、半径72 kmに達する可能性が高く、ケイ酸塩に富む層は、
圧縮領域と非圧縮領域の両方で、最大68kmの厚さがあります。サポートするには
最近のレーダー観測で検出されたクレーター様領域での局所的な金属濃度は、
Psycheの全サイズの最大34〜40％を占める最小コアサイズに対するより多くの制約。
私たちの研究はまた、鉄火山の表面噴火が依然として金属に富む原因である可能性があることにも取り組んでいます
材料。最後に、球形のコア条件を持つ差別化された構造は、潜在的なシナリオ、本研究は、コアおよび圧縮層の状態が制御する可能性が高いと推測します
表面状態。さらなる調査により、NASAの進化の歴史への洞察を提供するというPsycheの使命。
キーワード：マイナー惑星、小惑星：一般—マイナー惑星、小惑星：個人（16プシケ）—惑星と衛星：内部


図1.3層モデルのレイアウト。 図中のすべての記号の定義を表1に示します。


図2.半解析モデルによって導出されたエロスの弾性応力場（Nakano＆Hirabayashi 2020）


図3.コアの半径（Rc）と圧縮層（Rm1）の間の相関。 青い線はコアを表します
圧縮層の半径に応じた半径。 左の点線（C1）は、コア半径がと同じである境界です。
圧縮された層。 上の水平線（C2）は、最短のプリンシパルに沿った最小寸法（〜88.5 km）を示しています。
右の点線（C3）は、最長の主軸に沿った最大寸法（〜140 km）を意味します。 白
エリアには、（Rc、Rm1）の可能なセットが含まれます。


図4.3層モデルとFEM手法を使用して構造レイアウトを制約する逆問題アルゴリズム。
現在、プシュケのかさ密度と質量には大きな不確実性がありますが、いくつかの裏付けとなる証拠が推測されています
それらのパラメータ。 この問題を考慮して、かさ密度を4.0gcm-3に固定することにしました。
、これは最も一致するパラメータです
以前の研究から、3層モデルで。 この値は、シェパードらによって推定されています。 （2021）、公称質量が
Baer＆Chesley（2017）およびElkins-Tantonetal。によって駆動される22.87×1018kg。 （2020）。 一致したケースは前に定義されています
初期構造レイアウトからの境界線と圧縮層の間の不一致が
0.01キロ未満。


図5.（a）初期段階と（b）最終段階の構造レイアウト。 図（b）は、境界線が
破砕限界に一致します。 ここでは、破砕限界を10MPaに設定しています。 このケースは、鉄心の気孔率が
e = 30％の場合、上面は別々に0％と50％になります。


図6.可能な気孔率範囲内の制約されたコアサイズを示すカラーマップ。 黒い点線は
パンシア（左）とエロス（右）で衝突クレータープロセスを介して露出できる最小コアサイズ。 決定された
気孔率範囲、右下隅にコアの気孔率をより高く設定する場合があります
上にあるケイ酸塩層。 この条件は現実的ではない可能性がありますが、
コアとケイ酸塩層は、多孔性が互いに相互に関連していないことを可能にするかもしれない。


図7.ケイ酸塩に富む層の厚さを示すカラーマップ：（a）極域に配置された最小の厚さと
（b）赤道域にある最大の厚さ。


図8.（a）5 MPaと（b）15MPaの破砕限界のカラーマップの比較。 ほとんどの場合、コア
特定のサイズ（約80 km）を超えると、15 MPaは、シミュレーションが収束していないことを表す色のない領域を提供します。 我々
この領域を、ケイ酸塩層の圧力が定義された破砕限界に近づかない場合、つまり任意の解決策として解釈します。
インテリアレイアウトは存在しません。

6.結論
この研究では、3層モデルとFEMアプローチを使用して、Psycheの内部レイアウトを制約しました。
このオブジェクトは、ケイ酸塩に富む層で覆われた金属コアであること。以下は、シミュレーションの主な結果です。
•報告されているかさ密度が4.0gcm^-3であるとすると、Psycheが実際に分化した微惑星に由来する場合
推定コアサイズは、想定範囲内で半径72kmから88.5km（Psycheの全体サイズの30〜45％）です。
気孔率の範囲。
•ケイ酸塩の破砕限界はコアサイズに影響しますが、この変化は最小限です。破砕下限により、
圧縮層はより厚いため、同じ地球物理学的条件下でコアサイズは小さくなります。
より高い破砕限界の場合。この圧縮層はかさ密度が高く、より重要なものを占めるため
プシュケの質量の一部であるため、持続可能なコアサイズは小さくなります。最小コアサイズはで71kmに達します
15MPaの場合は71.8kmにわずかに増加しながら、5MPaの破砕限界。
•ケイ酸塩層の圧縮率は、コアサイズを制限する影響を最小限に抑えます。圧力の下で
Psycheのケイ酸塩層のレジーム（-15 MPa）では、圧縮はそれほど重要ではないスケールで発生します（圧縮
30％未満の割合）。このスケール内では、圧縮率の変化は目立ったものを誘発しません
最終的なインテリアレイアウトの違い。
•現在の観測分析は、パンシアが周囲よりもレーダーアルベドが最も高いことを示しています。
高金属濃度の局所領域。さらに、エロスは金属の豊富さから除外することはできません
この地域はまだレーダーアルベドが上昇しているエリア内にあり、レーダーエコーが高いことを意味しているためです。
金属源。金属掘削を誘発するための衝突クレータープロセスと互換性のある最小コアサイズ
パンシア（エロス）の半径は78 km（83 km）で、プシュケの総サイズの34％（40％）を占めています。上部のケイ酸塩層が高度に断片化されている場合、非多孔質鉄コアはパンシアの表面にその金属を掘削します
（> 30％）。
•制約された内部レイアウトでは、極で約16kmおよび約68kmの最小および最大ケイ酸塩層があります。
構造の気孔率が最も低い場合の球形コア形状の仮定の下での赤道。この構造
ジョンソンらによって示唆されたように、条件はまだ強火山の表面噴火をサポートします。 （2020）。しかし、これは
内部レイアウトは、プシュケの現在の物理的状態を使用して導き出されていますが、これは洞察を提供しない可能性があります
Ferrovolcanismのタイムライン。したがって、この結論は、プシュケがまだその原始を維持している場合にのみ合理的です
条件。
私たちの研究は、小惑星が起源であるという仮説を与えられたプシュケの可能な内部構造を示唆しました
差別化された微惑星。 次に、衝撃に適合する可能性のある構造条件を調査しました
プシュケの表面の金属の存在量を説明するためのクレーター形成プロセスと鉄火山の表面噴火。 詳細で
2026年のNASAのプシュケによる観測では、現在の作業はプシュケの内部構造を理解するために拡張されます。
その歴史への洞察を提供します。