Los científicos pensaron que la superficie del asteroide Bennu sería como una playa de arena, abundante en arena fina y guijarros, lo que habría sido perfecto para recolectar muestras. Observaciones pasadas del telescopio desde la órbita de la Tierra habían sugerido la presencia de grandes franjas de material de grano fino llamado finoregolito que es más pequeño que unos pocos centímetros.
Pero cuando la nave espacial de la misión de retorno de muestras de asteroides OSIRIS-REx de la Universidad de Arizona, dirigida por la NASA, llegó a Bennu a fines de 2018, el equipo de la misión vio una superficie cubierta de rocas. La misteriosa falta de regolito fino se volvió aún más sorprendente cuando los científicos de la misiónevidencia observada de procesos capaces de triturar cantos rodados en regolito fino.
Nueva investigación, publicada en Naturaleza y dirigido por el miembro del equipo de la misión Saverio Cambioni, utilizó el aprendizaje automático y los datos de temperatura de la superficie para resolver el misterio. Cambioni era un estudiante graduado en el Laboratorio Lunar y Planetario de Arizona cuando se llevó a cabo la investigación y ahora es un distinguido investigador posdoctoral en el Departamentoof Earth, Atmospheric and Planetary Sciences en el Massachusetts Institute of Technology. Él y sus colegas finalmente descubrieron que las rocas altamente porosas de Bennu son responsables de la sorprendente falta de regolito fino de la superficie.
"El 'REx' en OSIRIS-REx significa Regolith Explorer, por lo que el mapeo y la caracterización de la superficie del asteroide fue un objetivo principal", dijo el coautor del estudio e investigador principal de OSIRIS-REx, Dante Lauretta, profesor de planetarios de RegentsSciences en la Universidad de Arizona. "La nave recopiló datos de muy alta resolución para toda la superficie de Bennu, que en algunos lugares se redujo a 3 milímetros por píxel. Más allá del interés científico, la falta de regolito fino se convirtió en un desafío para la misión en sí.porque la nave espacial fue diseñada para recolectar ese material ".
Para recolectar una muestra para regresar a la Tierra, la nave espacial OSIRIS-REx se construyó para navegar dentro de un área en Bennu aproximadamente del tamaño de un estacionamiento de 100 espacios. Sin embargo, debido a las numerosas rocas, el sitio de muestreo seguro se redujo aaproximadamente del tamaño de cinco plazas de aparcamiento. La nave se puso en contacto con éxito con Bennu para recoger material de muestra en octubre de 2020.
Un comienzo difícil y respuestas sólidas
"Cuando llegaron las primeras imágenes de Bennu, notamos algunas áreas donde la resolución no era lo suficientemente alta como para ver si había rocas pequeñas o regolito fino. Comenzamos a utilizar nuestro enfoque de aprendizaje automático para separar el regolito fino de las rocas mediante emisión térmicainfrarrojos ", dijo Cambioni.
La emisión térmica del regolito fino es diferente de la de las rocas más grandes, porque la primera está controlada por el tamaño de sus partículas, mientras que la segunda está controlada por la porosidad de la roca. El equipo primero construyó una biblioteca de ejemplos de emisiones térmicas asociadas conregolito fino mezclado en diferentes proporciones con rocas de distinta porosidad. A continuación, utilizaron técnicas de aprendizaje automático para enseñar a una computadora cómo "conectar los puntos" entre los ejemplos. Luego, utilizaron el software de aprendizaje automático para analizar la emisión térmica de 122 áreasen la superficie de Bennu observado tanto durante el día como durante la noche.
"Solo un algoritmo de aprendizaje automático podría explorar de manera eficiente un conjunto de datos tan grande", dijo Cambioni.
Cuando se completó el análisis de datos, Cambioni y sus colaboradores encontraron algo sorprendente: el regolito fino no se distribuyó al azar en Bennu, sino que estaba más abajo donde las rocas eran más porosas, que estaba en la mayor parte de la superficie.
El equipo concluyó que las rocas altamente porosas de Bennu producen muy poco regolito fino porque estas rocas están comprimidas en lugar de fragmentadas por los impactos de meteoritos. Como una esponja, los huecos en las rocas amortiguan el impacto de los meteoros entrantes. Estos hallazgos también coincidencon experimentos de laboratorio de otros grupos de investigación.
"Básicamente, una gran parte de la energía del impacto se destina a aplastar los poros que restringen la fragmentación de las rocas y la producción de nuevo regolito fino", dijo la coautora del estudio Chrysa Avdellidou, investigadora postdoctoral en el Centro Nacional Francéspara la Investigación Científica CNRS - Laboratorio Lagrange del Observatorio y Universidad Côte d'Azur en Francia.
Además, el agrietamiento causado por el calentamiento y enfriamiento de las rocas de Bennu a medida que el asteroide gira durante el día y la noche avanza más lentamente en rocas porosas que en rocas más densas, frustrando aún más la producción de regolito fino.
"Cuando OSIRIS-REx entregue su muestra de Bennu a la Tierra en septiembre de 2023, los científicos podrán estudiar las muestras en detalle", dijo Jason Dworkin, científico del proyecto OSIRIS-REx en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. "Estoincluye probar las propiedades físicas de las rocas para verificar este estudio ".
Otras misiones tienen evidencia para confirmar los hallazgos del equipo. La misión Hayabusa 2 de la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial a Ryugu, un asteroide carbonoso como Bennu, encontró que Ryugu también carece de regolito fino y tiene rocas muy porosas. Por el contrario, la misión Hayabusa de JAXA al asteroideItokawa en 2005 reveló abundante regolito fino en la superficie de Itokawa, un asteroide de tipo S con rocas de una composición diferente a la de Bennu y Ryugu. Un estudio anterior de Cambioni y sus colegas proporcionó evidencia de que las rocas de Itokawa son menos porosas que las de Bennu y Ryugu.utilizando observaciones de la Tierra.
"Durante décadas, los astrónomos disputaron que los pequeños asteroides cercanos a la Tierra pudieran tener superficies de roca desnuda. La evidencia más indiscutible de que estos pequeños asteroides podrían tener un regolito fino sustancial surgió cuando la nave espacial visitó los asteroides de tipo S Eros e Itokawa en la década de 2000 yencontraron regolito fino en sus superficies ", dijo el coautor del estudio Marco Delbo, director de investigación del CNRS, también en el Laboratorio Lagrange.
El equipo predice que grandes franjas de regolito fino deberían ser poco comunes en los asteroides carbonosos, que son los más comunes de todos los tipos de asteroides y se cree que tienen rocas de alta porosidad como Bennu. Por el contrario, los terrenos ricos en regolito fino deberían ser comunesen los asteroides de tipo S, que son el segundo grupo más común en el sistema solar, y se cree que tienen rocas más densas y menos porosas que los asteroides carbonáceos.
"Esta es una pieza importante en el rompecabezas de lo que impulsa la diversidad de las superficies de los asteroides. Se cree que los asteroides son fósiles del sistema solar, por lo que comprender la evolución que han experimentado en el tiempo es crucial para comprender cómo se formó el sistema solary evolucionó ", dijo Cambioni." Ahora que conocemos esta diferencia fundamental entre los asteroides carbonosos y los de tipo S, los equipos del futuro pueden preparar mejor las misiones de recolección de muestras dependiendo de la naturaleza del asteroide objetivo ".
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