Высокопористые породы — ответственные за скалистую поверхность астероида Бенну

Но когда в конце 2018 года космический корабль миссии OSIRIS-REx по возврату образцов астероида НАСА из Университета Аризоны прибыл в Бенну, команда миссии увидела поверхность, покрытую валунами.

Ученые миссии OSIRIS-REx думали, что отбор образцов с кусочка Бенну будет похож на прогулку по пляжу, но удивительно скалистая поверхность оказалась более сложной задачей. Предоставлено: НАСА / Годдард / Университет Аризоны.

Таинственное отсутствие тонкого реголита стало еще более удивительным, когда ученые миссии обнаружили свидетельства процессов, способных измельчать валуны в мелкий реголит.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature под руководством члена команды миссии Саверио Камбиони, использовало машинное обучение и данные о температуре поверхности, чтобы разгадать загадку. Камбиони был аспирантом Лаборатории Луны и планет в Уаризоне, когда проводилось исследование, и теперь является почетным научным сотрудником в Отделе наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института. Он и его коллеги в конечном итоге обнаружили, что высокопористые породы Бенну являются причиной удивительного отсутствия на поверхности мелкого реголита.

«REx» в OSIRIS-REx означает Regolith Explorer, поэтому составление карты и описание поверхности астероида было главной целью », — сказал соавтор исследования и главный исследователь OSIRIS-REx Данте Лауретта, профессор планетарных наук Regents в Университет Аризоны. «Космический корабль собрал данные очень высокого разрешения для всей поверхности Бенну, которое в некоторых местах составляло до 3 миллиметров на пиксель. Помимо научного интереса, отсутствие тонкого реголита стало проблемой для самой миссии, потому что космический корабль был разработан для сбора такого материала ».

Чтобы собрать образец для возвращения на Землю, космический корабль OSIRIS-REx был построен для навигации в районе Бенну размером примерно со стоянку на 100 мест. Однако из-за большого количества валунов безопасная площадка для отбора проб была уменьшена примерно до пяти парковочных мест. Космический корабль успешно установил контакт с Бенну для сбора образцов материала в октябре 2020 года.

Хорошее начало и твердые ответы

«Когда появились первые изображения Бенну, мы отметили некоторые области, где разрешение было недостаточно высоким, чтобы увидеть, есть ли там небольшие камни или мелкий реголит. Мы начали использовать наш подход машинного обучения для отделения мелкозернистого реголита от горных пород с использованием данных по тепловому излучению (инфракрасному излучению) », — сказал Камбиони.

Тепловое излучение мелкодисперсного реголита отличается от теплового излучения более крупных пород, поскольку первое определяется размером его частиц, а второе — пористостью породы. Команда сначала создала библиотеку примеров теплового излучения, связанного с мелким реголитом, смешанным в разных пропорциях с породами разной пористости. Затем они использовали методы машинного обучения, чтобы научить компьютер «соединять точки» между примерами. Затем они использовали программное обеспечение машинного обучения для анализа теплового излучения из 122 областей на поверхности Бенну, наблюдаемых как днем, так и ночью.

«Только алгоритм машинного обучения может эффективно исследовать такой большой набор данных», — сказал Камбиони.

Когда анализ данных был завершен, Камбиони и его сотрудники обнаружили кое-что удивительное: мелкий реголит не был распределен на Бенну случайным образом, а был ниже там, где породы были более пористыми, то есть на большей части поверхности.

Команда пришла к выводу, что очень мало мелкого реголита производится высокопористыми породами Бенну, потому что эти породы скорее сжаты, чем раздроблены в результате ударов метеороидов. Как губка, пустоты в скалах смягчают удар падающих метеоров. Эти результаты также согласуются с лабораторными экспериментами других исследовательских групп.

«По сути, большая часть энергии удара идет на дробление пор, ограничивающих фрагментацию горных пород и образование нового тонкого реголита», — сказала соавтор исследования Криса Авделлиду, научный сотрудник Французского национального центра научных исследований. Research (CNRS) — Лаборатория Лагранжа Обсерватории Лазурного берега и Университета во Франции.

Кроме того, растрескивание, вызванное нагреванием и охлаждением пород Бенну, когда астероид вращается днем ​​и ночью, в пористых породах протекает медленнее, чем в более плотных породах, что еще больше препятствует производству мелкого реголита.

«Когда OSIRIS-REx доставит свой образец Бенну (на Землю) в сентябре 2023 года, ученые смогут подробно изучить образцы», — сказал Джейсон Дворкин, ученый проекта OSIRIS-REx в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. «Это включает в себя тестирование физических свойств горных пород для подтверждения этого исследования».

У других миссий есть доказательства, подтверждающие выводы команды. Миссия Хаябуса 2 Японского агентства аэрокосмических исследований к Рюгу, углеродистому астероиду, подобному Бенну, обнаружила, что на Рюгу также отсутствует мелкодисперсный реголит и очень пористые породы. Напротив, миссия Хаябуса JAXA к астероиду Итокава в 2005 году обнаружила обильный мелкий реголит на поверхности Итокавы, астероида S-типа с породами другого состава, чем Бенну и Рюгу. Предыдущее исследование Камбиони и его коллег предоставило доказательства того, что породы Итокавы менее пористые, чем породы Бенну и Рюгу, с использованием наблюдений с Земли.

«В течение десятилетий астрономы оспаривали, что небольшие околоземные астероиды могут иметь голую скальную поверхность. Самое неоспоримое доказательство того, что эти маленькие астероиды могли иметь существенный мелкий реголит, появилось, когда космический аппарат посетил астероиды S-типа Эрос и Итокава в 2000-х годах и обнаружил на их поверхности прекрасный реголит », — сказал соавтор исследования Марко Дельбо, директор по исследованиям CNRS. в лаборатории Лагранжа.

Команда предсказывает, что большие полосы мелкого реголита должны быть необычными на углеродистых астероидах, которые являются наиболее распространенными из всех типов астероидов и, как считается, имеют высокопористые породы, такие как Бенну. Напротив, ландшафты, богатые мелким реголитом, должны быть обычными для астероидов S-типа, которые являются второй по распространенности группой в Солнечной системе и, как полагают, имеют более плотные и менее пористые породы, чем углеродистые астероиды.

«Это важная часть головоломки, которая определяет разнообразие поверхностей астероидов. Считается, что астероиды — это окаменелости Солнечной системы, поэтому понимание эволюции, которую они претерпели во времени, имеет решающее значение для понимания того, как формировалась и развивалась Солнечная система », — сказал Камбиони. «Теперь, когда мы знаем это фундаментальное различие между углеродистыми астероидами и астероидами S-типа, будущие группы могут лучше подготовить миссии по сбору проб в зависимости от природы целевого астероида».