Бенну преподносит несколько сюрпризов в рамках первой миссии НАСА по извлечению фрагментов околоземного астероида.
OSIRIS-REx приземлился на Бенну в октябре 2020 года. NASA/Goddard/University of Arizona
Данте Лауретта не ожидал, что поверхность астероида будет, как он выразился, «пушистой».
Когда космический корабль НАСА OSIRIS-REx спустился к астероиду Бенну, чтобы взять образец материала с его поверхности, главный исследователь миссии Лауретта и его команда знали, что этот процесс оставит след - как в планетарной науке, так и на заполненной валунами поверхности самой скалы. Для своей первой в истории миссии по извлечению образца с астероида космическое агентство выбрало цель, которая содержит остатки неизмененного материала с момента формирования Солнечной системы.
«Мы думали, что собираемся вырыть не более 30-сантиметровой ямы», - говорит Лауретта, которая также является регентом-профессором Лунной и планетарной лаборатории Аризонского университета. Вместо этого, говорит он, материал на поверхности Бенну был настолько рыхлым, что «мы проделали на поверхности дыру шириной восемь метров». (Это кратер шириной более 20 футов.)
После подробного изучения приземления в октябре 2020 года планетологи определили, что материал на поверхности Бенну должен быть довольно рыхлым, как пыльный кролик, говорит Лауретта. Подробности описаны в паре статей, опубликованных на этой неделе в журналах Science и Science Advances.
Эта информация будет иметь большое значение в следующем году, когда OSIRIS-REx доставит образец Бенну обратно на Землю для более тщательного изучения учеными всего мира. Цель миссии по возврату образцов - пролить свет на происхождение нашего уголка Солнечной системы, возможно, даже раскрыть химию, которая привела к эволюции жизни на Земле. Содержимое астероида особенно уникально, потому что оно никогда не подвергалось таким же процессам изменения свойств, как камни с таких планет, как Марс.
«Любой достойный геолог сказал бы: «Вы не можете по-настоящему понять камень, пока не узнаете, откуда он взялся». Где была вмещающая порода? Какова была окружающая среда?» - объясняет Лауретта. «Это именно то, что OSIRIS-REx сделал с нашим тестовым сайтом».
И это означает выяснить, насколько «пушистой» может быть поверхность Бенну. Команда, стоящая за миссией, определила объемную плотность поверхностного материала Бенну (слоя на скалистых орбитальных телах, называемого «реголитом»), используя два разных подхода. Лауретта и его сотрудники проанализировали изображения, сделанные с места отбора проб до и после приземления космического корабля, результаты которых описаны в научной статье. Тем временем Кевин Уолш, ведущий исследователь рабочей группы по разработке реголита и ученый из Юго-Западного научно-исследовательского института, проанализировал силу, с которой астероид приложился к космическому кораблю размером с автомобиль, другими словами, насколько мягко приземлился. сделал опыт OSIRIS-REx. Эти результаты описаны в статье Science Advances.
Ответ, который они оба нашли по отдельности, заключался в том, что это была поразительно мягкая посадка. По словам Лауретты, в то время как средняя горная порода имеет плотность около 3000 кг на кубический метр, материал на поверхности Бенну имеет объемную плотность от 500 до 700 кг на кубический метр.
Другим показателем, на который обращали внимание ученые, была сплоченность реголита Бенну - насколько сильно разные частицы слипаются друг с другом, например комки муки или какао-порошка, объясняет Уолш. Его анализ показал, что «когезионное соединение поверхности [материала] практически отсутствовало».
Когда OSIRIS-REx приземлился на Бенну, космический корабль выполнял новый для НАСА маневр: он ненадолго поцеловал астероид с помощью роботизированной руки, называемой «механизм сбора образцов Touch-and-Go» (TAGSAM), взорванной небольшое количество газообразного азота на поверхностном материале, чтобы взболтать его, а затем всосать немного пыли, зерен и гальки в сосуд для сбора образцов, чтобы вернуть его на Землю.
«Как только газ вышел, везде было что-то», - говорит Уолш, описывая видеозапись приземления. «Это было похоже на ураган», - вспоминает он, когда вокруг рукава TAGSAM вздымались рыхлые зерна и обломки камней.
Сам спуск оказался сложным, учитывая, что реголит был недостаточно плотным, чтобы оттолкнуть приземляющийся космический корабль. «Если бы мы не запустили двигатели, чтобы начать пятиться от астероида, я думаю, мы бы вошли в него и исчезли, как зыбучие пески», - говорит Лауретта.
OSIRIS-REx обнаружил воду, запертую в глинах на Бенну, поэтому Лауретта считает, что, возможно, сами валуны астероида пористые и не закреплены вместе. Думайте об этом как о замке, сделанном из высохшего песка на пляже. Если его разрушить небольшой силой (человеческими ногами или ветром), он может легко рухнуть в рыхлую кучу осадка.
Как только образцы вернутся на Землю в сентябре 2023 года, ученые получат возможность проверить, почему реголит Бенну такой рыхлый, а затем и некоторые другие. По словам Лауретты, материал пройдет «целый ряд тестов». он будет изучаться в лабораториях на четырех разных континентах на минералогию и химию, различные изотопы для определения возраста астероида, а также органические молекулы и летучие вещества, такие как вода, которые могут привести к возникновению жизни в результате того, как Земля стала пригодной для жизни. Возможно, астероид, подобный Бенну, доставил воду на нашу планету в критический момент ее развития.
Образец из Бенну не будет первым космическим камнем, который будет изучен с такой точностью. Метеориты, оторвавшиеся от других планетарных тел и упавшие на поверхность Земли, десятилетиями были предметом научных исследований. Но эти породы загрязнены и, возможно, даже изменены атмосферой нашей планеты, что затрудняет определение их происхождения. «Это случайные образцы из космоса без контекста», - говорит Лауретта.
Первые образцы должны быть получены непосредственно из источника и тщательно защищены во время их путешествия через атмосферу Земли. В то время как миссия OSIRIS-REx будет первой миссией НАСА по доставке камней с астероида, Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) недавно провело аналогичную миссию Hayabusa2 на астероиде Рюгу. Предыдущий зонд JAXA, Hayabusa, нацелился на Итокаву, более каменистый астероид. Когда образцы вернулись в 2010 году, команда подумала, что не вернула никаких материалов. Но открыв коллектор, они обнаружили несколько каменистых частиц. В конечном счете, все три миссии предоставят важные данные для модели того, как могла выглядеть ранняя Солнечная система.
OSIRIS-REx также имеет второй пункт назначения после Бенну. Когда космический корабль вернется на Землю, он сбросит капсулу для возврата образцов на место в пустыне Юта с помощью парашюта. Остальная часть зонда продолжит расширенную миссию под названием OSIRIS-APEX на орбиту другого околоземного астероида, Апофиса.
OSIRIS-APEX не будет собирать образцы с космического камня, но будет изучать астероид в течение 18 месяцев с орбиты. Он также выполнит маневр, аналогичный маневру возврата образца, когда приблизится к поверхности Апофиса и запустит свои двигатели, чтобы обнажить то, что находится непосредственно под ним. Этот процесс может показать, что «пушистые» поверхности, такие как у Бенну, являются скорее правилом, чем исключением.