Mineralogie und Geologie des Asteroiden (4) Vesta von Dawn Framing Camera

Thangjam, Guneshwar

Der Asteroid (4) Vesta (~ 520 km Durchmesser) wird als analog zu einem kleinen terrestrischen Planeten angesehen. Seine magmatischen Prozesse kamen höchstwahrscheinlich in den ersten 10 bis 100 Ma nach seiner Akkretion zum Erliegen. Die Untersuchung eines solch einzigartigen Objektes ist essentiell um die frühe geologische Evolution eines Planeten zu verstehen. In dieser Arbeit werden Analysen der Oberflächenzusammensetzung von Vesta mittels hochauflösender Bilder der Dawn Framing Camera präsentiert. Die Framing Camera (FC) besitzt sieben Farbfilter im Wellenlängenbereich von 0,4 bis 1,0 μm und einen ‚clear filter‘. Die Kartierung der lithologischen Variationen auf Vesta’s Oberfläche wurde mittels FC Farbfilter Daten (~ 480 m/Pixel) vorgenommen, welche in der frühen Phase der Mission aufgenommen wurden. Basierend auf diesen Beobachtungen kommt Thangjam et al. (2013) zu dem Schluss, dass der Großteil der Oberfläche eine howarditische Zusammensetzung aufweist. Es wurden erstmals olivinreiche Regionen im Arruntia und Bellicia Krater mittels FC Farbfilter Daten mit einer Auflösung von ~ 60 m/Pixel identifiziert (Thangjam et al., 2014). Die Entdeckung von Olivin von Ammannito et al. (2013b) mittels Datensätzel des VIR Spektrometers im Bereich von 0,4-2,5 μm wird hier bestätigt. Die verwendeten Bandparameter der FC Farbfilter Daten sind‚ ‚Band-Tilt‘ (BT=R0.92 μm/R0.96μm) und ‚Mid Ratio‘ (MR=(R0.75μm/R0.83μm)/(R0.83μm/R0.92μm)), wobei Rλ die Reflektanz in dem entsprechenden Wellenlängenbereich darstellt. Hier wird zum ersten Mal eine dreidimensionale spektrale Herangehensweise vorgestellt, um unterschiedliche Zusammensetzungen zu analysieren und zu kartieren (Thangjam et al., im Press). Die Arruntia-Region wurde als Fallstudie ausgewählt und anhand der Bandparameter BT, MR und Reflektanz bei 0,55 μm (R0,55μm) analysiert. Die Untersuchungen zeigen, dass diese Region überwiegend von Eukrit-dominierten Howarditen bedeckt ist. Olivinreiche Aufschlüsse wurden im Vergleich zu früheren Arbeiten in relativ großem Umfang entdeckt. Um die petrologische Evolution von Vesta nachvollziehen zu können, wurde in dieser Studie eine chondritische Zusammensetzung von 80 % H Chondriten plus 20 % CV Chondriten gewählt. Das Sauerstoffisotopenverhältnis dieser Mischung entspricht jenem der HED Meteorite. Um Aussagen über Vestas interne Geometrie zu machen, wurden thermodynamische Berechnungen mittels MELTS verwendet. Dies ergab einen harzburgitischen Mantel mit einer durchschnittlichen Mächtigkeit von ~137 km und eine Kruste von ~15 km. Wenn ein Absenken der früh gebildeten Olivinphase angenommen wird, sind die Mächtigkeiten eines dunitschen Mantels, gefolgt von einem orhtopyroxenischen Mantel und einer Kruste ~46, ~84 und ~22 km. Diese Resultate können erklären, warum Dawn nicht in der Lage war, signifikante Olivin-Mengen im Rheasilvia Becken zu finde

Asteroid (4) Vesta (~ 520 Km diameter) is thought to serve as an analog for a small terrestrial planet. Its magmatic processes probably ceased in the first few 10’s to 100’s of Ma after accretion. The study of such an object is a key in understanding the early geologic evolution of planetary bodies. This thesis presents surface compositional analysis using high spatial resolution images obtained by the Dawn Framing Camera. The Framing Camera (FC) houses seven color filters in the wavelength range between 0.4 and 1.0 μm along with a clear filter. Lithologic variations on Vesta's surface are mapped using FC color data (~480 m/pixel) acquired during the early phase of the mission. Based on these observations, Thangjam et al. (2013) suggested that the majority of the surface is howarditic in composition. Olivine-rich sites are identified for the first time using FC color data at a resolution of ~60m/pixel at Arruntia and Bellicia craters (Thangjam et al., 2014). The discovery of olivine by Ammannito et al. (2013b) by the VIR spectrometer data cubes in the range 0.4-2.5 μm is confirmed. The band parameters employed in FC color data are Band Tilt (BT=R0.92 μm/R0.96μm) and Mid Ratio (MR=(R0.75μm/R0.83μm)/(R0.83μm/R0.92μm)), where Rλ is the reflectance at the given wavelength. A three-dimensional spectral approach is introduced for the first time for analyzing and mapping compositional heterogeneities (Thangjam et al., in press). The Arruntia region is selected for a case study and is analyzed by combining the band parameters BT, MR and reflectance at 0.55 μm (R0.55μm). This study reveals that this region is mostly covered by eucrite-dominated howardite. Olivine-rich exposures are found in rather wide extents when compared to earlier works. In an attempt to understand the petrological evolution of Vesta, a chondritic composition of 80% H chondrite plus 20% CV chondrite is presented as a case study. This mixture meets observed HED oxygen isotope relations. The results of thermodynamic calculation by MELTS are used to predict Vesta’s internal geometry. The thicknesses of a harzburgitic mantle and crust are ~137 and ~15 km, respectively. If segregation of early-crystallized olivine phase is considered, the thicknesses of dunitic mantle followed upward by orthopyroxenitic mantle and crust are ~46, ~84, and ~22 km, respectively. These results may explain why Dawn failed to detect significant amounts of olivine in the Rheasilvia basin and emphasize that olivine on Vesta’s surface is likely exogenic in origin.

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Thangjam, Guneshwar: Mineralogie und Geologie des Asteroiden (4) Vesta von Dawn Framing Camera. 2016.

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