Kiedy sonda kosmiczna OSIRIS-REx NASA zebrała próbki z powierzchni asteroidy Bennu w 2020 roku, siły zmierzone podczas interakcji zapewniły naukowcom bezpośredni test słabo poznanych właściwości fizycznych podpowierzchniowych asteroid z gruzem. Teraz, badanie prowadzone przez Southwest Research Institute scharakteryzowało warstwę tuż pod powierzchnią asteroidy jako złożoną ze słabo związanych fragmentów skalnych zawierających dwa razy więcej pustej przestrzeni niż cała asteroida.

„Niska grawitacja gruzowych asteroid takich jak Bennu osłabia jej bliską podpowierzchnię poprzez brak kompresji górnych warstw, minimalizując wpływ spójności cząstek” – powiedział dr Kevin Walsh z SwRI, główny autor pracy o tych badaniach opublikowanej w czasopiśmie Science Advances. „Wnioskujemy, że niska gęstość, słabo związana warstwa podpowierzchniowa powinna być globalną właściwością Bennu, a nie tylko zlokalizowaną w miejscu kontaktu”.

Pasując do swojego określenia jako „asteroida gruzowa”, Bennu jest sferoidalnym zbiorem fragmentów skalnych i gruzu o średnicy 1700 stóp, utrzymywanym razem przez grawitację. Uważa się, że powstała ona po zderzeniu z większym obiektem pasa głównego asteroid. Skały są rozrzucone po jej mocno pokrytej kraterem powierzchni, co wskazuje, że miała ona szorstką egzystencję od czasu uwolnienia się z dużo większej asteroidy macierzystej jakieś miliony lub miliardy lat temu.

Celem misji OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security-Regolith Explorer) jest zebranie i zwrócenie co najmniej 60 gramów materiału powierzchniowego z Bennu i dostarczenie go na Ziemię w 2023 roku. Działania związane z pobieraniem próbek dostarczyły dodatkowych spostrzeżeń.

Według Walsha, naukowcy zaangażowani w misję OSIRIS-REx zmierzyli do tej pory właściwości termiczne Bennu i kraterów, aby oszacować wytrzymałość i porowatość dyskretnych cząstek gruzowych asteroidy. Zespół cząstek, lub regolit, na powierzchni asteroidy kontrolujący i wpływający na długoterminową ewolucję nie został jeszcze bezpośrednio zbadany, aż do teraz.

Przed, w trakcie i po pobraniu próbki, Kamera Weryfikacyjna Pobierania Próbek (SamCam) z zestawu kamer OSIRIS-REx uchwyciła obrazy patrząc na ramię robotyczne Touch-and-Go Sample Acquisition Mechanism (TAGSAM).

„Obrazy SamCam obejmujące moment kontaktu pokazują, że kontakt spowodował znaczne zakłócenia w miejscu pobrania próbki” – powiedział dr Ron Ballouz, współautor z Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. „Prawie każda widoczna cząstka jest poruszona lub przeorientowana we wszystkich punktach wzdłuż obwodu TAGSAM do promienia 15 cali”.

Te zdjęcia SamCam pokazały, że siła spadająca TAGSAM uniosła prawie 16-calową skałę. Choć wystarczająco silna, by wytrzymać rozbicie, skała została przeorientowana, a drobne odłamki uniosły się z jej powierzchni. Mobilność tych milimetrowych cząstek pod wpływem stosunkowo słabych sił sugeruje minimalną kohezję z powierzchnią większej skały.

Naukowcy teoretyzowali, że średni rozmiar cząstek regolitu wzrasta wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru asteroidy, ponieważ większe ciała zatrzymują mniejsze materiały z powodu większej grawitacji powierzchniowej. Zespół porównał następnie Bennu z podobnymi asteroidami gruzowymi.

„Odkryliśmy dychotomię pomiędzy szorstkimi, pokrytymi głazami powierzchniami Bennu i Ryugu a Itokawą, która zawiera stawy mniejszych cząstek na 20% swojej powierzchni” – powiedział Walsh. „To może mieć kilka wyjaśnień, w tym, że bliska powierzchnia tej ostatniej skompresowała się na tyle, by udaremnić przenikanie tych mikrocząsteczek do wnętrza lub być może ziarniste osady są podpowierzchniowymi warstwami ujawnionymi przez niedawną destrukcyjną reorganizację ciała”.

Towarzysząca praca w czasopiśmie Science, której współautorem jest Walsh, scharakteryzowała 30-stopniowy eliptyczny krater wykopany przez ramię TAGSAM, gdy zbierało ono próbkę. Wydarzenie to zmobilizowało skały i pył w pióropusz gruzu, odsłaniając materiał, który jest ciemniejszy, czerwonawy i bardziej bogaty w drobne cząstki niż pierwotna powierzchnia. Gęstość nasypowa przemieszczonego materiału podpowierzchniowego jest o połowę mniejsza niż całej planetoidy.

Źródło: Southwest Research Institute