Als die Raumsonde OSIRIS-REx der NASA im Jahr 2020 Proben von der Oberfläche des Asteroiden Bennu sammelte, lieferten die während der Wechselwirkung gemessenen Kräfte den Wissenschaftlern einen direkten Test der kaum verstandenen physikalischen Eigenschaften von Trümmerhaufen-Asteroiden nahe der Oberfläche. Jetzt hat eine vom Southwest Research Institute geleitete Studie die Schicht direkt unter der Oberfläche des Asteroiden als aus schwach gebundenen Gesteinsfragmenten bestehend charakterisiert, die doppelt so viel Leerraum wie der gesamte Asteroid enthalten.
„Die geringe Schwerkraft von Geröllhaufen-Asteroiden wie Bennu schwächt ihren nahen Untergrund, indem die oberen Schichten nicht komprimiert werden, wodurch der Einfluss der Partikelkohäsion minimiert wird“, sagte Dr. Kevin Walsh vom SwRI, Hauptautor eines Artikels über diese Forschung, der im veröffentlicht wurde Tagebuch Wissenschaftliche Fortschritte. „Wir schlussfolgern, dass eine schwach gebundene unterirdische Schicht mit geringer Dichte eine globale Eigenschaft von Bennu sein sollte und nicht nur auf den Kontaktpunkt beschränkt ist.“
Passend zu seiner Bezeichnung als „Trümmerhaufen-Asteroid“ ist Bennu eine kugelförmige Ansammlung von Gesteinsfragmenten und Trümmern mit einem Durchmesser von 1.700 Fuß, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden. Es wird angenommen, dass es nach einer Kollision mit einem größeren Haupt-Asteroidengürtel-Objekt entstanden ist. Felsen sind über seine stark mit Kratern übersäte Oberfläche verstreut, was darauf hindeutet, dass er ein raues Leben geführt hat, seit er vor einigen Millionen oder Milliarden Jahren von seinem viel größeren Eltern-Asteroiden befreit wurde.
Die lokale Oberfläche von Bennu vor und nach der Probenahme. Das Blinken zwischen den Bildern vor und nach der Probenahme hebt Änderungen an der Oberfläche hervor, einschließlich eines Felsbrockens, der anscheinend 12 m hochgeschleudert wurde. Bildnachweis: NASA/Goddard/Universität von Arizona
Das Ziel der OSIRIS-REx-Mission (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security – Regolith Explorer) ist es, mindestens 60 Gramm Oberflächenmaterial von Bennu zu sammeln und zurückzubringen und es im Jahr 2023 zur Erde zu bringen. Probensammlungsaktivitäten werden zusätzlich bereitgestellt Einblicke.
Laut Walsh haben die an der OSIRIS-REx-Mission beteiligten Forscher bisher die thermischen Eigenschaften und Krater von Bennu gemessen, um die Stärke und Porosität einzelner Partikel von Trümmerhaufen-Asteroiden abzuschätzen. Das Ensemble von Partikeln (oder Regolithen) auf der Oberfläche eines Asteroiden, das die langfristige Entwicklung steuert und beeinflusst, wurde bisher nicht direkt untersucht.
Vor, während und nach der Probenahme erfasste die Sample Acquisition Verification Camera (SamCam) der OSIRIS-REx Camera Suite Bilder mit Blick auf den Roboterarm des Touch-and-Go Sample Acquisition Mechanism (TAGSAM).
„Die SamCam-Bilder, die den Moment des Kontakts ausklammern, zeigen, dass der Kontakt an der Probenstelle erhebliche Störungen verursacht hat“, sagte Dr. Ron Ballouz, Co-Autor vom Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University. „Fast jedes sichtbare Partikel wird an allen Punkten entlang des Umfangs von TAGSAM bewegt oder neu ausgerichtet, bis zu einem Radius von 15 Zoll.“
Diese SamCam-Bilder zeigten, wie die Abwärtskraft von TAGSAM einen fast 16 Zoll großen Stein anhob. Obwohl der Fels stark genug war, um einem Bruch standzuhalten, wurde er neu ausgerichtet und kleine Trümmer lösten sich von seiner Oberfläche. Die Mobilität dieser Partikel im Millimetermaßstab unter relativ schwachen Kräften deutet auf eine minimale kohäsive Bindung mit der Oberfläche des größeren Gesteins hin.
Wissenschaftler haben die Theorie aufgestellt, dass die durchschnittliche Regolith-Partikelgröße mit abnehmender Asteroidengröße zunimmt, da größere Körper aufgrund einer höheren Oberflächengravitation kleinere Materialien zurückhalten. Das Team verglich Bennu dann mit ähnlichen Trümmerhaufen-Asteroiden.
„Wir haben eine Dichotomie zwischen den rauen, mit Felsbrocken bedeckten Oberflächen von Bennu und Ryugu und Itokawa entdeckt, die auf 20 % ihrer Oberfläche Tümpel mit kleineren Partikeln enthalten“, sagte Walsh. „Dies könnte mehrere Erklärungen haben, einschließlich, dass die oberflächennahe Oberfläche des Letzteren genug komprimiert wurde, um diese Mikropartikel zu vereiteln, die in das Innere sickern, oder vielleicht sind die körnigen Ablagerungen unterirdische Schichten, die durch eine kürzliche disruptive Reorganisation des Körpers freigelegt wurden.“
Ein Begleitpapier in der Zeitschrift Wissenschaft, Co-Autor von Walsh, charakterisierte den 30 Fuß langen elliptischen Krater, der vom TAGSAM-Arm ausgegraben wurde, als er die Probe sammelte. Das Ereignis mobilisierte Gestein und Staub zu einer Trümmerwolke und legte Material frei, das dunkler, röter und mit mehr Feinstaub als die ursprüngliche Oberfläche versehen war. Die Schüttdichte des verdrängten Untergrundmaterials ist etwa halb so hoch wie die des gesamten Asteroiden.
Kevin J. Walsh et al., Nahezu-Null-Kohäsion und lockere Packung von Bennus nahem Untergrund, die durch Kontakt mit Raumfahrzeugen offenbart wurde, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm6229
DS Lauretta et al., Probensammlung von Raumfahrzeugen und unterirdische Ausgrabung des Asteroiden (101955) Bennu, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abm1018