Asteroide Ryugu rystet af Hayabusa2s slagkraft

Professor Arakawa Masahiko (Graduate School of Science, Kobe Universitet, Japan) og medlemmer af Hayabusa2-missionen opdagede mere end 200 kampesten fra 30 cm til 6 m i størrelse, som enten for nylig dukkede op eller flyttede som et resultat af det kunstige nedslagskrater skabt af det japanske rumfartøj Hayabusa2's Small Carry-on Impactor (SCI) den 5. april, 2019. Nogle kampesten blev forstyrret selv i områder så langt som 40 m fra kratercentret. Forskerne opdagede også, at det seismiske rysteområde, hvor overfladeblokkene blev rystet og flyttet en størrelsesorden af ​​centimeter ved sammenstødet, forlænget omkring 30 m fra kraterets centrum. Hayabusa2 fandt en overfladeprøve ved det nordlige punkt af SCI-krateret (TD2), og tykkelsen af ​​ejecta-aflejringer på dette sted blev estimeret til at være mellem 1,0 mm og 1,8 cm ved brug af et Digital Elevation Map (DEM).

Disse fund om en ægte asteroides genopbygningsprocesser kan bruges som benchmark for numeriske simuleringer af små kropspåvirkninger, ud over kunstige påvirkninger i fremtidige planetariske missioner såsom NASAs Double Asteroid Redirection Test (DART). Resultaterne vil blive præsenteret på det 52. møde i AAS Division of Planetary Science den 30. oktober i sessionen med titlen Asteroids:Bennu and Ryugu 2.

Målet med at slå Ryugu med et ~13 cm SCI-projektil var at genvinde en prøve af det underjordiske materiale. Ud over, dette gav en god mulighed for at studere overfladefornyelsesprocesserne (resurfacing), der er et resultat af et nedslag på en asteroide med en overfladetyngdekraft på 10 ^-5 af jordens tyngdekraft. Det lykkedes SCI at danne et nedslagskrater, som blev defineret som et SCI-krater med en diameter på 14,5 m (Arakawa et al., 2020), og overfladeprøven blev udvundet ved TD2 (10,04°N, 300,60°E). Det blev opdaget, at kratercentrets koncentriske område, som har en radius fire gange større end kraterradiusen, blev også forstyrret af SCI-påvirkningen, forårsager bevægelse af sten.

Forskerne sammenlignede efterfølgende overfladebilleder før og efter den kunstige påvirkning for at studere de genopbygningsprocesser, der er forbundet med krater, såsom seismisk rystelse og ejecta-aflejring. At gøre dette, de konstruerede SCI-kraterkantprofiler ved hjælp af et Digital Elevation Map (DEM) bestående af DEM før anslag fratrukket DEM efter anslag. Den gennemsnitlige kantprofil blev tilnærmet ved den empiriske ligning af h=h _r exp[-( r/R _kant -1)/λ _kant ] og de tilpassede parametre for h _r og l _kant var 0,475m og 0,245m, henholdsvis. Baseret på denne profil, SCI-kraterets ejecta-tæppetykkelse blev beregnet og fundet at være tyndere end det konventionelle resultat for naturlige kratere, samt det, der er beregnet ud fra kraterdannelsesteorien. Imidlertid, denne uoverensstemmelse blev løst ved at tage højde for virkningen af ​​de kampesten, der dukkede op på billederne efter sammenstødet, fordi kraterkantprofilerne afledt af DEM'erne muligvis ikke kunne opdage disse nye kampesten. Ifølge denne kraterkantprofil, tykkelsen af ​​ejecta-aflejringerne ved TD2 blev anslået til at være mellem 1,0 mm og 1,8 cm.

De 48 kampesten i billedet efter anslag kunne spores tilbage til deres oprindelige positioner på billedet før anslag, og det blev konstateret, at de 1 m store kampesten blev kastet ud flere meter uden for krateret. De blev klassificeret i følgende fire grupper i henhold til deres bevægelsesmekanismer:1. udgravningsflow, 2. skubbet af faldende ejecta, 3. overfladedeformation, der trækkes af Okamoto-stenens let bevægelse, og 4. seismisk rystelse forårsaget af selve SCI-påvirkningen. I alle grupper, bevægelsesvektorerne af disse kampesten syntes at udstråle fra kraterets centrum.

De 169 nye kampesten i størrelse fra 30 cm til 3 m blev kun fundet på billederne efter stødet, og de var fordelt op til ~40m fra kratercentret. Histogrammet af antallet af nye kampesten blev undersøgt i hver radial bredde på 1m i en afstand på 9-45m fra kraterets centrum, med det maksimale antal kampesten i en afstand af 17m. Over 17m, antallet af kampesten faldt i overensstemmelse med stigningen i afstanden fra kraterets centrum.

For at undersøge dette nærmere, en korrelationskoefficientevaluering mellem præ- og post-påvirkningsbillederne blev udført. Det blev opdaget, at området med lav krydskorrelationskoefficient uden for SCI-krateret har en asymmetrisk struktur, som er meget lig området omkring nedslagspunktet, hvor ejecta blev aflejret (Arakawa et al., 2020). Baseret på en skabelonmatchningsmetode ved hjælp af korrelationskoefficientevalueringen, kampestensforskydningerne med krydskorrelationskoefficienter over 0,8 blev udledt med en opløsning på ~1 cm. Dette indikerede, at disse forskydninger kunne være forårsaget af den seismiske rystelse. Kampesten blev flyttet mere end 3 cm i området tæt på SCI-krateret. Denne forstyrrelse spænder over et område op til 15 m fra påvirkningen, med bevægelsesvektorerne udstrålende fra kraterets centrum. Forstyrrede områder, der blev forskudt med 10 cm, findes stadig i områder længere end 15 m fra centrum, dog fremstod de som pletter på få meter store og blev fordelt tilfældigt. Desuden, retningen af ​​disse bevægelsesvektorer i de fjerne områder var næsten tilfældig, og der var ingen klare beviser, der indikerede den radiale retning fra kraterets centrum.

Forskydninger større end 3 cm blev detekteret inden for en afstand på 15 m med en sandsynlighed på mere end 50 %, og mellem 15 m og 30 m med en sandsynlighed på cirka 10 %. Derfor, Arakawa et al. foreslå, i overensstemmelse med Matsue et al. (2020)'s eksperimentelle resultater, at de seismiske rystelser fik de fleste af områdets kampesten til at bevæge sig med en maksimal acceleration 7 gange større end Ryugus overfladetyngdekraft (g _ryugu ). Desuden, de opdagede også, at sammenstødet flyttede kampesten med en maksimal acceleration på mellem 7g _ryugu og 1g _ryugu i omkring 10 % af området. Det er håbet, at disse resultater vil informere fremtidige numeriske simuleringer af små kropskollisioner, samt planetariske missioner, der involverer kunstige påvirkninger.