Первая миссия НАСА по возврату образцов астероидов теперь знает гораздо больше о материале, который будет собирать всего за несколько недель. В специальном сборнике из шести статей, опубликованных в журналах Science и Science Advances, ученые миссии OSIRIS-REx представляют новые данные о поверхностном материале астероида Бенну, геологических характеристиках и динамической истории. Они также подозревают, что доставленный образец Бенну может отличаться от всего, что есть в коллекции метеоритов на Земле.
Эти открытия завершают научные требования миссии OSIRIS-REx к предварительному сбору образцов и дают представление об образце Бенну, который ученые будут изучать для будущих поколений. Средний диаметр астероида составляет 510 метров или немного более. Период обращения вокруг Солнца составляет примерно 1,2 года, орбита — эллиптическая, с длиной большой оси около 1,13 а. е.
Один из документов, подготовленный Эми Саймон из Центра космических полетов им. Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, показывает, что углеродсодержащий органический материал широко распространен на поверхности астероида, в том числе на месте первичного отбора проб в миссии, где OSIRIS-REx будет предпринять первую попытку сбора пробы 20 октября. Эти данные показывают, что гидратированные минералы и органический материал, вероятно, будут присутствовать в собранной пробе.
Это органическое вещество может содержать углерод в форме, часто встречающейся в биологии, или в соединениях, связанных с биологией. Ученые планируют подробные эксперименты с этими органическими молекулами и ожидают, что возвращенный образец поможет ответить на сложные вопросы о происхождении воды и жизни на Земле.
«Обилие углеродсодержащих материалов – главный научный триумф миссии. Сейчас мы с оптимизмом надеемся, что соберем и вернем образец с органическим материалом – основная цель миссии OSIRIS-REx», – сказал Данте Лауретта, главный исследователь OSIRIS-REx в Университете Аризоны в Тусоне.
Авторы специальной коллекции также определили, что карбонатные минералы составляют некоторые геологические особенности астероида. Карбонатные минералы часто осаждаются из гидротермальных систем, содержащих как воду, так и диоксид углерода. Некоторые валуны Бенну имеют яркие прожилки, которые, кажется, состоят из карбоната – некоторые из них расположены недалеко от кратера Найтингейл, а это означает, что карбонаты могут присутствовать в возвращенном образце.
Исследованием карбонатов, обнаруженных на Бенну, руководила Ханна Каплан из Годдарда. Эти находки позволили ученым предположить, что астероид-родитель Бенну, вероятно, имел обширную гидротермальную систему, в которой вода взаимодействовала с породой на родительском теле Бенну и изменяла его. Хотя материнское тело было разрушено давным-давно, мы видим доказательства того, как когда-то здесь выглядел этот водянистый астероид – в его оставшихся фрагментах, составляющих Бенну. Некоторые из этих карбонатных жил в валунах Бенну достигают нескольких футов в длину и нескольких дюймов в толщину, подтверждая, что на родительском теле Бенну присутствовала гидротермальная система воды астероидного масштаба.
Ученые сделали еще одно поразительное открытие на территории кратера: его реголит совсем недавно подвергся воздействию суровых космических условий, а это означает, что миссия соберет и вернет некоторые из наиболее нетронутых материалов на астероиде. Найтингейл – часть популяции молодых, спектрально-красных кратеров, выявленных в исследовании, проведенном Дэни Делла Джустина из Университета Аризоны. «Цвета» Бенну (вариации наклона видимого спектра длин волн) намного разнообразнее, чем предполагалось изначально. Это разнообразие является результатом сочетания различных материалов, унаследованных от родительского астероида, и различной продолжительности пребывания в космической среде.
Выводы, сделанные в этой статье, являются важной вехой в продолжающейся дискуссии в планетологическом сообществе о том, как примитивные астероиды, подобные Бенну, изменяются спектрально, когда они подвергаются процессам «космического выветривания», таким как бомбардировка космическими лучами и солнечным ветром. Хотя Бенну невооруженным глазом кажется совершенно черным, авторы иллюстрируют разнообразие поверхности Бенну, используя искусственные цвета мультиспектральных данных, собранных камерой MapCam. Самый свежий материал о Бенну, как тот, что был найден на сайте Nightingale, спектрально краснее среднего и поэтому выглядит красным на этих изображениях. Материал поверхности становится ярко-синим, когда он подвергается космическому выветриванию в течение промежуточного периода времени. Поскольку поверхностный материал продолжает подвергаться выветриванию в течение длительных периодов времени, он в конечном итоге становится ярче на всех длинах волн, становясь менее интенсивным синим – средний спектральный цвет Бенну.
В статье Делла Джустиной и др. также различает два основных типа валунов на поверхности Бенну: темные и шероховатые и (реже) яркие и гладкие. Различные типы могли образоваться на разных глубинах родительского астероида Бенну.
Типы валунов не только отличаются визуально, но и обладают своими уникальными физическими свойствами. В статье, подготовленной Беном Розитисом из Открытого университета в Великобритании, показано, что темные валуны более слабые и пористые, тогда как яркие валуны более прочные и менее пористые. Яркие валуны также содержат карбонаты, идентифицированные Каплан и командой, предполагая, что осаждение карбонатных минералов в трещинах и поровых пространствах может быть причиной их повышенной прочности.
Однако оба типа валунов слабее, чем ожидали ученые. Розитис и его коллеги подозревают, что темные валуны Бенну (более слабые, пористые и более распространенные) не выдержат путешествия через атмосферу Земли. Поэтому вполне вероятно, что возвращенные образцы астероида Бенну предоставят ученым недостающее звено, поскольку этот тип материала в настоящее время не представлен в коллекциях метеоритов.
Бенну – это кучка обломков в форме ромба, парящая в космосе, но в ней есть нечто большее, чем кажется на первый взгляд. Данные, полученные с помощью лазерного высотомера OSIRIS-REx (OLA) – научного инструмента, предоставленного Канадским космическим агентством – позволили команде миссии разработать трехмерную цифровую модель местности астероида, которая при разрешении 20 см является беспрецедентной по деталям и точности. В этой статье ученые объясняют, как подробный анализ формы астероида выявил на Бенну гребневидные холмы, которые простираются от полюса к полюсу, но достаточно тонкие, чтобы их мог легко пропустить человеческий глаз. На их присутствие намекали и раньше, но их полная протяженность от полюса к полюсу стала ясна только тогда, когда северное и южное полушария были разделены в данных OLA для сравнения.
Цифровая модель местности также показывает, что северное и южное полушария Бенну имеют разные формы. Южное полушарие кажется более гладким и округлым, что, по мнению ученых, является результатом захвата рыхлого материала многочисленными большими валунами региона.
Другой документ из специальной коллекции, подготовленной Дэниелом Шересом из Университета Колорадо в Боулдере, исследует гравитационное поле Бенну, которое было определено путем отслеживания траекторий космического корабля OSIRIS-REx и частиц, которые естественным образом выбрасываются с поверхности Бенну. Использование частиц в качестве датчиков силы тяжести является случайным. До открытия выброса частиц на Бенну в 2019 году команда была обеспокоена отображением гравитационного поля с требуемой точностью, используя только данные слежения за космическими кораблями. Естественный запас десятков миниатюрных гравитационных зондов позволил команде значительно превысить свои требования и получить беспрецедентное представление о недрах астероида.
Восстановленное гравитационное поле показывает, что внутренность Бенну неоднородна. Вместо этого внутри астероида есть карманы из материала большей и меньшей плотности. Как будто в его центре образовалась пустота, в которую можно уместить пару футбольных полей. Вдобавок выпуклость на экваторе Бенну недостаточно плотная, что позволяет предположить, что вращение Бенну поднимает этот материал.
Все шесть публикаций в специальной коллекции используют глобальные и локальные наборы данных, собранные космическим аппаратом OSIRIS-REx с февраля по октябрь 2019 года. Специальная коллекция подчеркивает, что образцы миссий по возвращению, таких как OSIRIS-REx, необходимы для полного понимания истории и эволюции нашей Солнечной системы.
Миссия находится менее чем в двух неделях от выполнения своей главной цели – сбора части нетронутого, гидратированного, богатого углеродом астероида. OSIRIS-REx покинет Бенну в 2021 году и доставит образец на Землю 24 сентября 2023 года.
