Lorsque le vaisseau spatial OSIRIS-REx de la NASA a collecté des échantillons de la surface de l’astéroïde Bennu en 2020, les forces mesurées pendant l’interaction ont fourni aux scientifiques un test direct des propriétés physiques proches du sous-sol mal comprises des astéroïdes en tas de décombres. Maintenant, une étude dirigée par le Southwest Research Institute a caractérisé la couche juste en dessous de la surface de l’astéroïde comme étant composée de fragments de roche faiblement liés contenant deux fois plus d’espace vide que l’astéroïde global.
« La faible gravité des astéroïdes en tas de décombres tels que Bennu affaiblit sa quasi-sous-surface en ne comprimant pas les couches supérieures, minimisant l’influence de la cohésion des particules », a déclaré le Dr Kevin Walsh de SwRI, auteur principal d’un article sur cette recherche publié dans le journal Avancées scientifiques. « Nous concluons qu’une couche souterraine à faible densité et faiblement liée devrait être une propriété globale de Bennu, et pas seulement localisée au point de contact. »
Conforme à sa désignation d ‘ »astéroïde en tas de décombres », Bennu est une collection sphéroïdale de fragments de roche et de débris de 1 700 pieds de diamètre et maintenus ensemble par gravité. On pense qu’il s’est formé après une collision impliquant un objet plus grand de la ceinture d’astéroïdes principale. Des roches sont éparpillées sur sa surface fortement cratérisée, indiquant qu’elle a eu une existence agitée depuis qu’elle a été libérée de son astéroïde parent beaucoup plus gros il y a quelques millions ou milliards d’années.
La surface locale de Bennu avant et après échantillonnage. Le clignotement entre les images pré- et post-échantillonnage met en évidence les changements à la surface, y compris un rocher qui a apparemment été lancé à 12 m. Crédit : NASA/Goddard/Université d’Arizona
L’objectif de la mission OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security–Regolith Explorer) est de collecter et de restituer au moins 60 grammes de matériau de surface de Bennu et de le livrer sur Terre en 2023. Les activités de collecte d’échantillons ont fourni des connaissances.
Selon Walsh, les chercheurs impliqués dans la mission OSIRIS-REx ont jusqu’à présent mesuré les propriétés thermiques et les cratères de Bennu pour estimer la force et la porosité de particules discrètes d’astéroïdes en tas de décombres. L’ensemble des particules (ou régolithe) à la surface d’un astéroïde contrôlant et influençant l’évolution à long terme n’a pas été sondé directement jusqu’à présent.
Avant, pendant et après l’événement d’échantillonnage, la caméra de vérification d’acquisition d’échantillons (SamCam) de la suite de caméras OSIRIS-REx a capturé des images en regardant le bras robotique du mécanisme d’acquisition d’échantillons Touch-and-Go (TAGSAM).
« Les images SamCam mettant entre parenthèses le moment du contact montrent que le contact a causé des perturbations considérables sur le site d’échantillonnage », a déclaré le Dr Ron Ballouz, co-auteur du laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins. « Presque toutes les particules visibles sont déplacées ou réorientées en tous points le long de la circonférence de TAGSAM, jusqu’à un rayon de 15 pouces. »
Ces images SamCam ont montré que la force descendante de TAGSAM a soulevé un rocher de près de 16 pouces. Bien qu’assez solide pour résister à la rupture, la roche a été réorientée et de petits débris se sont détachés de sa surface. La mobilité de ces particules à l’échelle millimétrique sous des forces relativement faibles suggère une liaison cohésive minimale avec la surface de la roche plus grosse.
Les scientifiques ont émis l’hypothèse que la taille moyenne des particules de régolithe augmente à mesure que la taille de l’astéroïde diminue, car les corps plus gros retiennent des matériaux plus petits en raison d’une gravité de surface plus élevée. L’équipe a ensuite comparé Bennu à des astéroïdes similaires en tas de décombres.
« Nous avons découvert une dichotomie entre les surfaces rugueuses et couvertes de rochers de Bennu et Ryugu par rapport à Itokawa, qui comprend des étangs de particules plus petites sur 20% de sa surface », a déclaré Walsh. « Cela pourrait avoir plusieurs explications, notamment que la surface proche de ce dernier s’est suffisamment comprimée pour frustrer ces microparticules percolant à l’intérieur ou peut-être que les dépôts granulaires sont des couches souterraines révélées par une récente réorganisation perturbatrice du corps. »
Un article complémentaire dans la revue La science, co-écrit par Walsh, a caractérisé le cratère elliptique de 30 pieds de long creusé par le bras TAGSAM lors de la collecte de l’échantillon. L’événement a mobilisé des roches et de la poussière dans un panache de débris, exposant un matériau plus sombre, plus rouge et plus abondant en particules fines que la surface d’origine. La densité apparente du matériau souterrain déplacé est d’environ la moitié de celle de l’astéroïde dans son ensemble.
Kevin J. Walsh et al, Cohésion proche de zéro et emballage lâche du sous-sol proche de Bennu révélé par le contact du vaisseau spatial, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abm6229
DS Lauretta et al, Collecte d’échantillons d’engins spatiaux et excavation souterraine de l’astéroïde (101955) Bennu, La science (2022). DOI : 10.1126/science.abm1018