MITs REXIS og Bennus vandoverflade

Efter at have fløjet i rummet i mere end to år, NASAs rumfartøj OSIRIS-REx (Oprindelse, Spektral fortolkning, Ressourceidentifikation, Security-Regolith Explorer) kom for nylig i kredsløb om sit mål, asteroiden Bennu. Asteroider som Bennu anses for at være rester fra dannelsen af ​​vores solsystem. Så, i den første mission af sin art fløjet af NASA, OSIRIS-REx søger at hente en prøve og bringe den til Jorden.

Ud over adskillige instrumenter ombord på rumfartøjet er et MIT-studentbygget et kaldet REgolith X-Ray Imaging Spectrometer (REXIS), som vil levere data til at hjælpe med at vælge prøvetagningsstedet, samt andre missionsmål, herunder karakterisering af asteroiden og dens adfærd, og sammenligne dem med jordbaserede observationer. REXIS er et fælles projekt mellem MIT Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS), MIT Department of Aeronautics and Astronautics (AeroAstro), Harvard College Observatory, MIT Kavli Institut for Astrofysik og Rumforskning, og MIT Lincoln Laboratory.

Kort efter ankomsten til Bennu, OSIRIS-REx forskere meddelte, at de havde identificeret vand på asteroiden, muligvis påvirke udvælgelsen af ​​prøveudtagningsstedet. EAPS talte med Richard Binzel - en ekspert i asteroider ved MIT og medforsker på denne mission, førende udviklingen af ​​REXIS – om instrumentets rolle og hvad denne opdagelse betyder for den fremtidige brug af lignende enheder. Binzel er også professor i planetariske videnskaber i EAPS med en fælles ansættelse i AeroAstro, og en Margaret MacVicar Faculty Fellow.

Q:Hvad er formålet med REXIS, som en del af OSIRIS-REx-missionen?

A:Målet med OSIRIS-REx missionen er at få en uberørt prøve fra overfladen af ​​asteroiden, Bennu, der har noget af det mest originale, overlevende kemi fra begyndelsen af ​​vores solsystem. Asteroiden er som en tidskapsel, som kommer til at fortælle os, hvordan tilstanden af ​​vores solsystem var, da det blev dannet for 4,56 milliarder år siden.

Målet med REXIS er at kortlægge sammensætningen af ​​Bennu til støtte for missionen, at vælge placeringen for den prøve. Målet er at gå til asteroiden og bruge op til et år på at studere den i detaljer for at bestemme, hvilken placering der kan give os det højeste videnskabelige udbytte. Det er et spørgsmål om progressiv evaluering og karakterisering af asteroiden:Vi vil gennemgå baner, der gradvist går lavere til det punkt, hvor vi ser overfladen i ekstremt gode detaljer – som karakteristika for kratere og kampesten. På denne måde vi ved, hvor vi skal røre overfladen, tag en prøve, og bringe det sikkert ombord på rumfartøjet.

At gøre dette, ombord på OSIRIS-REx, der er en række instrumenter:synlige kameraer og spektrometre for det meste i de synlige og nær infrarøde bølgelængder, der kortlægger asteroidens overflade, ud over MIT's REXIS, REgolith X-ray Imaging Spectrometer. REXIS supplerer alle de andre instrumenter og bidrager til resten af ​​dataene ved at se i røntgenlys. Intet andet instrument på OSIRIS-REx vil se overfladen i røntgenlys. Så, dette er ret unikt i planetarisk udforskning, og det faktum, at det blev bygget af studerende, er endnu mere fantastisk.

Et af vores mål er at bekræfte mineralkortlægningen, der udføres af de andre instrumenter. De synlige og nær-infrarøde spektrometre er følsomme over for overfladens mineralsammensætning, og REXIS måler de enkelte atomare grundstoffer, der er til stede. En af de ting, vi ønsker at opnå, er at se, om de atomare grundstoffer, som vi måler, stemmer overens med de mineraler, som de andre instrumenter måler og omvendt.

Q:Hvordan virker REXIS?

A:REXIS virker ved at udnytte solens røntgenstråling. Nogle af disse røntgenstråler rammer asteroiden og interagerer med atomerne på overfladen:De bliver absorberet og ændrer elektronenerginiveauet i atomerne. Når atomerne vender tilbage til deres grundtilstand, de udsender en røntgenfoton, hvilket betyder, at røntgenstrålerne fra solen fik asteroiden til at gløde eller fluorescere.

REXIS måler energien og placeringen af ​​røntgenstrålerne, der fluorescerer væk fra asteroidens overflade, og energierne fortæller os, hvilke atomer der er til stede. Energien af ​​en røntgenfoton, der udsendes af et atom, svarer nøjagtigt til energien mellem to elektronorbitaler. Hvert atom har sin egen unikke signatur af energitilstande, så vi kan udlede grundstofsammensætningen af ​​overfladen af ​​asteroiden.

Vi vil lede efter ting som jern, silicium, ilt, og svovl – nogle meget grundlæggende byggesten i planetariske legemer. Vi vil være i stand til at måle disse mængder og bestemme sammensætningen af ​​denne asteroide.

Nu, vi udfører alle mulige kalibreringsmålinger, og vi lærer om instrumentets egenskaber i rummet:måder, hvorpå det fungerer som forventet og forskelle. Det er en del af instrumentdesignet at overvåge solens output og kalibrere asteroideobservationerne, under hensyntagen til enhver variation fra solen. REXIS har to dele til sig:Den ene del er hovedspektrometeret, der måler røntgenstrålerne udsendt fra asteroideoverfladen; den anden er en lille solrøntgenmonitor eller SXM, og den kigger konstant på solens udgang, som varierer over tidsskalaer på minutter, timer, og dage. Denne måde, hvis vi ser på et sted på asteroiden, og vi ser denne enorme røntgenfluorescens, vi ved, om det er asteroiden, der er speciel på det sted, eller om det bare var et soludbrud, som tilfældigvis fandt sted på samme tid. Vi ser også på den kosmiske røntgenbaggrund eller CXB og kalibrerer vores instruments følsomhed ved at se på en stabil, stærk røntgenkilde på himlen kaldet Krabbetågen.

Vi kalibrerer også REXIS-målinger mod laboratoriemålinger af meteoritter, og vi vil være i stand til at finde ud af, hvilken meteorittype Bennu ligner mest. Hvis vi ser nogen variation på tværs af overfladen, vi vil være i stand til at sige, hvilke regioner der har størst lighed med kendte meteoritter, og dette kan guide os til, hvor vi får vores prøve.

Q:NASA meddelte, at de fandt beviser for vand på Bennu. Hvad betyder det for REXIS, og hvorfra er prøven taget?

A:OSIRIS-REx-missionen fandt beviser for tilstedeværelsen af ​​hydrerede mineraler på overfladen af ​​asteroiden Bennu. Disse mineraler dannes, når vandmolekyler reagerer med stenet materiale og bliver en del af krystalstrukturen. Meteoritundersøgelser tyder på, at denne proces fandt sted meget tidligt i solsystemets historie. Denne opdagelse fortæller os, at Bennus overflade ikke er blevet opvarmet til temperaturer høje nok til at nedbryde disse mineraler og frigive vandet. Bennu ser ud til at indeholde dette urvand, giver ledetråde til, hvordan sådant materiale blev leveret til Jorden, fører til en beboelig verden.

Dette er lokkende nyheder for REXIS, fordi et af de atomare grundstoffer, vi skal lede efter, er oxygen, som selvfølgelig er en væsentlig bestanddel af vand, og REXIS har potentialet til at bekræfte fundet af disse vandmolekyler i Bennus mineraler.

En masse faktorer spiller ind i beslutningen om, hvor der skal prøves. Først og fremmest, vi skal afgøre, hvilke dele af overfladen der er sikre at gå til, at vi ved, at rumfartøjet kan navigere, få en prøve, og kom sikkert tilbage. Så ud af alle de sikre regioner, hvilke der er de mest videnskabeligt interessante – baseret på det vi kalder det videnskabelige værdikort. Målet er at have en fuldstændig forståelse af sammensætningen af ​​asteroidens overflade og enhver variation. Derefter, vi ønsker at finde et sted at prøve, som vi tror har den mest originale organiske kemi fra begyndelsen af ​​solsystemet, og så steder på Bennu, der kan have en signatur af vand, ville være meget interessante at prøve.

I øjeblikket, vi er stadig temmelig langt fra asteroiden og bevæger os langsomt frem til lavere orbitale afstande. Vi vil nå den kredsløbsafstand, hvor REXIS kan begynde sine videnskabelige operationer i juni. Derefter, REXIS vil fingeraftrykke sammensætningen af ​​asteroiden med hensyn til dens atomare elementer. Når vi får prøven tilbage, vi vil være i stand til at kontrollere, om REXIS fik det rigtigt. Hvis vi gjorde, det betyder, at vi kan sende et REXIS-lignende instrument overalt i solsystemet og få et pålideligt fingeraftryk af den detaljerede sammensætning af, hvad disse objekter er lavet af.

Hvis REXIS lykkes, det viser, at man med et lille instrument kan få stor videnskab. Vores kaldenavn for REXIS er, "det lille spektrometer, der kunne."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.