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Les scientifiques ont surpris la surface de l’astéroïde Bennu – voici la raison du mystérieux manque de régolithe mou

Les scientifiques de la mission OSIRIS-REx pensaient que l’échantillonnage d’un morceau de Bennu serait une promenade sur la plage, mais la surface étonnamment rocheuse s’est avérée plus difficile. Crédit : NASA/Goddard/Université de l’Arizona

Utilisation des données de Nasa Osiris Rex Important, une équipe de scientifiques dirigée par l’Université de l’Arizona a conclu que les astéroïdes avec des roches très poreuses, comme Bennu, devraient manquer d’un matériau à grain fin à leur surface.

Les scientifiques pensaient que la surface de l’astéroïde Bennu ressemblerait à une plage de sable, abondante en sable fin et en galets, ce qui serait idéal pour collecter des échantillons. Des observations antérieures de télescopes depuis l’orbite terrestre suggéraient la présence de vastes zones d’un matériau à grain fin appelé régolithe plus petit que quelques centimètres.

Mais lorsque le vaisseau spatial de la mission OSIRIS-REx Asteroid Sample Return de la NASA est arrivé à Bennu fin 2018, l’équipe de la mission a vu une surface recouverte de roches. Le manque mystérieux de régolithe fin est devenu encore plus surprenant lorsque les scientifiques de l’expédition ont remarqué des preuves de processus capables de broyer des roches dans le régolithe fin.

Nouvelle recherche publiée dans tempérer la nature Dirigé par le membre de l’équipe d’expédition Saverio Cambioni, il a utilisé l’apprentissage automatique et les données de température de surface pour résoudre le mystère. Campione était un étudiant diplômé du Laboratoire lunaire et planétaire de l’UArizona lorsque la recherche a été menée et est maintenant un boursier postdoctoral distingué au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT. Lui et ses collègues ont finalement découvert que les roches très poreuses de Bennu étaient responsables du manque soudain de régolithe fin à la surface.

a déclaré le co-auteur de l’étude et chercheur principal d’OSIRIS-REx, Dante Loretta, professeur de sciences planétaires à l’Université d’Arizona. Le vaisseau spatial a collecté des données haute résolution pour toute la surface de Bennu, qui était inférieure à 3 mm par pixel à certains endroits. Combiné à l’intérêt scientifique, le manque de régolithe mou est devenu un défi pour la mission elle-même, car le vaisseau spatial est conçu pour collecter de tels matériaux. »

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Pour collecter un échantillon pour le retour sur Terre, le vaisseau spatial OSIRIS-REx a été construit pour naviguer dans une zone de Bennu de la taille d’un parking d’environ 100 places. Cependant, en raison de la présence de nombreuses roches, le site d’échantillonnage sécuritaire a été réduit à environ cinq places de stationnement. Le vaisseau spatial a réussi à entrer en contact avec Bennu pour collecter un échantillon de matériau en octobre 2020.

Début difficile, réponses solides

“Lorsque les premières images de Bennu sont sorties, nous avons remarqué certaines zones où la résolution n’était pas assez élevée pour dire s’il y avait de petites roches ou du régolithe mou. Nous avons commencé à utiliser notre approche d’apprentissage automatique pour séparer le régolithe fin des roches à l’aide de la technologie thermique. données d’émission (infrarouges. rouge), a déclaré Campione.

L’émission thermique du régolithe mou diffère des grosses roches, car la première est contrôlée par la taille de ses particules, tandis que la seconde est contrôlée par la porosité des roches. L’équipe a d’abord construit une bibliothèque d’exemples d’émissions thermiques associées à des régolithes fins mélangés dans différentes proportions avec des roches de porosité différente. Ensuite, ils ont utilisé des techniques d’apprentissage automatique pour apprendre à un ordinateur à « relier les points » entre les exemples. Ensuite, ils ont utilisé un logiciel d’apprentissage automatique pour analyser l’émission de chaleur de 122 zones de la surface de Bennu observées pendant la journée et la nuit.

“Seul un algorithme d’apprentissage automatique peut explorer efficacement un ensemble de données de cette taille”, a déclaré Campione.

Une fois l’analyse des données terminée, Campioni et ses collaborateurs ont trouvé quelque chose de surprenant : le régolithe fin n’était pas distribué au hasard à Benue, mais était plutôt plus bas là où se trouvaient les roches les plus poreuses, qui étaient présentes sur la majeure partie de la surface.

L’équipe a conclu que très peu de régolithe est produit par les roches très poreuses de Bennu parce que les roches de Bennu sont comprimées plutôt que décomposées par les impacts de météorites. Comme une éponge, les vides dans la roche amortissent le coup des météorites entrantes. Ces résultats sont également cohérents avec les expériences de laboratoire d’autres groupes de recherche.

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La co-auteure de l’étude Chrysa Avdellidou est chercheuse postdoctorale au Centre national des sciences de la recherche (CNRS)-Laboratoire Lagrange de l’Observatoire et de l’Université de la Côte d’Azur en France.

De plus, la fracturation causée par le chauffage et le refroidissement des roches Bennu lors de la rotation de l’astéroïde jour et nuit se déplace plus lentement dans les roches poreuses que dans les roches plus denses, contrecarrant davantage la production de régolithe fin.

“Lorsque OSIRIS-REx livrera son échantillon de Bennu (sur Terre) en septembre 2023, les scientifiques pourront étudier les échantillons en détail”, a déclaré Jason Dworkin, scientifique du projet OSIRIS-REx au Goddard Space Flight Center de la NASA. “Cela comprend le test des propriétés physiques des roches pour vérifier cette étude.”

D’autres missions ont des preuves pour confirmer les conclusions de l’équipe. La mission Hayabusa 2 de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale à Ryugu, un astéroïde carboné comme Bennu, a découvert que Ryugu manquait également de régolithe mou et avait des roches très poreuses. inversement JAXALa mission Hayabusa sur l’astéroïde Itokawa en 2005 a révélé un astéroïde mince et abondant à la surface d’Itokawa, un astéroïde de type S avec des roches de composition différente de celle de Bennu et Ryugu. Une étude précédente de Campione et de ses collègues a prouvé que les roches d’Itokawa sont moins poreuses que les roches de Bennu et Ryugu, en utilisant des observations du sol.

“Pendant des décennies, les astronomes ont soutenu que les petits astéroïdes proches de la Terre peuvent avoir des surfaces rocheuses nues. Le co-auteur de l’étude Marco Delpo, directeur de la recherche au Centre national de recherche scientifique, Marco Delpo, a également expliqué que la preuve la plus indiscutable Cependant, ces petits astéroïdes peuvent contenir de gros régolithes qui sont apparus lorsque des engins spatiaux ont visité les astéroïdes de type S Eros et Itokawa dans les années 2000 et ont trouvé des régolithes à leur surface au laboratoire de Lagrange.

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L’équipe spécule que de grandes zones de régolithe mou devraient être rares sur les astéroïdes carbonés, qui sont le type d’astéroïde le plus courant et sont censés contenir des roches très poreuses telles que Bennu. En revanche, les terrains mous riches en régolithes devraient être courants sur les astéroïdes de type S, qui sont les deuxièmes amas les plus courants du système solaire et qui contiennent des roches beaucoup plus denses et moins poreuses que les astéroïdes carbonatés.

“C’est une pièce importante dans le puzzle de ce qui détermine la diversité des surfaces d’astéroïdes. Campione pense que les astéroïdes sont des fossiles du système solaire, donc comprendre l’évolution qu’ils ont traversée dans le temps est essentiel pour comprendre comment le système solaire s’est formé et a évolué. « Maintenant que nous connaissons cette différence fondamentale entre les astéroïdes carbonés et de type S, les futures équipes pourraient mieux préparer les missions d’échantillonnage en fonction de la nature de l’astéroïde cible. »

Référence : « Soft regolith production on assteroids control by rock porosity » par S. Cambioni, M. Delbo, G. Poggiali, C. Avdellidou, AJ Ryan, JDP Deshapriya, E. Asphaug, R.-L. Blues, MA Barucci, CA Bennett, WF Bottke, JR Brucato, KN Burke, E. Cloutis, DN DellaGiustina, JP Emery, B. Rozitis, KJ Walsh et DS Lauretta, 6 octobre 2021, Nature.
DOI : 10.1038 / s41586-021-03816-5

L’Université de l’Arizona dirige l’équipe scientifique OSIRIS-REx, planifiant l’observation scientifique et le traitement des données sur la mission. Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, fournit une gestion de mission complète, une ingénierie des systèmes, une sécurité et une assurance de mission pour OSIRIS-REx. Lockheed Martin Space Corporation de Littleton, Colorado, a construit le vaisseau spatial et a assuré les opérations de vol. Goddard et KinetX Aerospace sont responsables de la navigation du vaisseau spatial OSIRIS-REx. OSIRIS-REx est la troisième mission du programme New Frontiers de la NASA, qui est géré par le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, pour la Direction des missions scientifiques de l’agence à Washington, DC.