Hvor klipper bliver levende:NASAs OSIRIS-REx observerer en asteroide i aktion

Klokken er 5 et sted – og mens her på jorden, "happy hour" er almindeligvis forbundet med at slappe af og den valgfrie kolde drik, det er når tingene går i gang Bennu, destinationsasteroiden for NASA's OSIRIS-REx-mission.

I en særlig samling af forskningsartikler offentliggjort 9. september i Journal of Geophysical Research:Planeter , OSIRIS-REx videnskabsteamet rapporterer detaljerede observationer, der afslører, at Bennu afgiver materiale med jævne mellemrum. OSIRIS-REx rumfartøjet har givet planetforskere mulighed for at observere en sådan aktivitet på tæt hold for første gang nogensinde, og Bennus aktive overflade understreger et billede, hvor asteroider er ret dynamiske verdener. De flygtende partikler er begyndelsen på mange åbenbaringer - fra dets gravitationsfelt, til dens indre sammensætning, Bennus karisma fortsætter med at udfolde sig for holdet.

Publikationerne giver det første dybdegående kig på arten af ​​Bennus partikeludstødningsbegivenheder, detaljeret de metoder, der bruges til at studere disse fænomener, og diskutere de sandsynlige mekanismer på arbejde, der får asteroiden til at frigive stykker af sig selv ud i rummet.

Den første observation af partikler, der springer ud af asteroidens overflade, blev foretaget i januar 2019, få dage efter, at rumfartøjet ankom til Bennu. Denne begivenhed kan være gået fuldstændig ubemærket hen, hvis det ikke var for det skarpe øje fra missionens førende astronom og University of Arizonas Lunar and Planetary Laboratory-forsker, Carl Hergenrother, en af ​​samlingens hovedforfattere.

Meget ligesom oceangående opdagelsesrejsende i århundreder tidligere, rumsonden er afhængig af stjerner til at fastlægge sin position i rummet og forblive på kurs under sin årelange rejse gennem rummet. Et specialiseret navigationskamera ombord på rumfartøjet tager gentagne billeder af baggrundsstjerner. Ved at krydshenvise til konstellationerne "ser" rumfartøjet med programmerede stjernekort, kursusrettelser kan foretages efter behov.

Hergenrother granskede over disse billeder, at rumfartøjet havde strålet tilbage til Jorden, da noget fangede hans opmærksomhed. Billederne viste asteroiden i silhuet mod en sort himmel oversået med mange stjerner - bortset fra at der så ud til at være for mange.

"Jeg så på stjernemønstrene i disse billeder og tænkte:'åh, Jeg kan ikke huske den stjernehob, "" sagde Hergenrother. "Jeg lagde kun mærke til det, fordi der var 200 lyspunkter, hvor der skulle være omkring 10 stjerner. Andet end det, det så ud til at være en tæt del af himlen."

En nærmere inspektion og anvendelse af billedbehandlingsteknikker afslørede mysteriet:"stjernehoben" var i virkeligheden en sky af bittesmå partikler, der var blevet kastet ud fra asteroidens overflade. Opfølgende observationer foretaget af rumfartøjet afslørede de afslørende striber, der er typiske for objekter, der bevæger sig hen over rammen, adskiller dem fra baggrundsstjernerne, der virker stationære på grund af deres enorme afstande.

"Vi troede, at Bennus kampestensdækkede overflade var wild card-opdagelsen ved asteroiden, men disse partikelbegivenheder overraskede os bestemt, " sagde Dante Lauretta, OSIRIS-REx hovedforsker og professor ved LPL. "Vi har brugt det sidste år på at undersøge Bennus aktive overflade, og det har givet os en bemærkelsesværdig mulighed for at udvide vores viden om, hvordan aktive asteroider opfører sig."

Siden jeg ankom til asteroiden, holdet har observeret og sporet mere end 300 partikeludstødningsbegivenheder på Bennu. Ifølge forfatterne, nogle partikler flygter ud i rummet, andre kredser kort om asteroiden, og de fleste falder tilbage på dens overflade efter at være blevet søsat. Udkastninger forekommer oftest i Bennus lokale to-timers eftermiddags- og aftentidsramme.

Rumfartøjet er udstyret med et sofistikeret sæt elektroniske øjne - Touch-and-Go Camera Suite, eller TAGCAMS. Selvom dens primære formål er at hjælpe med rumfartøjsnavigation, TAGCAMS er nu blevet sat i aktiv tjeneste og spotter partikler i nærheden af ​​asteroiden.

Ved hjælp af softwarealgoritmer udviklet ved Catalina Sky Survey, som har specialiseret sig i at opdage og spore jordnære asteroider ved at detektere deres bevægelse mod baggrundsstjerner, OSIRIS-REx-holdet fandt, at de største partikler, der brød ud fra Bennu, var omkring 6 centimeter (2 tommer) i diameter. På grund af deres lille størrelse og lave hastigheder - det er som en byge af små småsten i super-slo-mo - betragter missionsholdet ikke partiklerne som en trussel mod rumfartøjet.

"Rummet er så tomt, at selv når asteroiden kaster hundredvis af partikler af sig, som vi har set i nogle begivenheder, chancerne for at en af ​​dem rammer rumfartøjet er ekstremt lille, Hergenrother sagde, "og selvom det skulle ske, langt de fleste af dem er ikke hurtige eller store nok til at forårsage skade."

Under en række observationskampagner mellem januar og september 2019 dedikeret til at detektere og spore masse, der blev kastet ud fra asteroiden, i alt 668 partikler blev undersøgt, hvor langt de fleste måler mellem 0,5 og 1 centimeter (0,2-0,4 tommer), og bevæger sig med omkring 20 centimeter (8 tommer) i sekundet, omtrent lige så hurtigt - eller langsomt - som en bille, der suser hen over jorden. I et tilfælde en hurtig afviger blev klokket til omkring 3 meter (9,8 fod) i sekundet.

Gennemsnitlig, forfatterne observerede en til to partikler sparket op om dagen, med meget af materialet, der falder tilbage på asteroiden. Læg dertil de små partikelstørrelser, og massetabet bliver minimalt, Hergenrother forklarede.

"For at give dig en idé, alle de 200 partikler, vi observerede under den første begivenhed efter ankomsten, ville passe på en 4-tommer x 4-tommer flise, " sagde han. "Det faktum, at vi endda kan se dem, er et vidnesbyrd om vores kameraers muligheder."

Forfatterne undersøgte forskellige mekanismer, der kunne forårsage disse fænomener, inklusive frigivet vanddamp, påvirkninger af små rumsten kendt som meteoroider og sten, der revner fra termisk stress. De to sidstnævnte mekanismer viste sig at være de mest sandsynlige drivkræfter, bekræfter forudsigelser om Bennus miljø baseret på jordobservationer forud for rummissionen.

Da Bennu gennemfører en rotation hver 4,3 time, kampesten på overfladen udsættes for en konstant termo-cykling, da de opvarmes om dagen og afkøles om natten. Over tid, klipperne revner og bryder ned, og til sidst kan partikler blive kastet fra overfladen. Det faktum, at partikeludslip blev observeret med større hyppighed i løbet af sen eftermiddag, når klipperne varmes op, antyder, at termisk revnedannelse er en væsentlig drivkraft. Timingen af ​​begivenhederne er også i overensstemmelse med timingen af ​​meteoroide nedslag, hvilket indikerer, at disse små stød kan være at kaste materiale fra overfladen. Enten, eller begge, af disse processer kunne være at drive partikeludstødningerne, og på grund af asteroidens mikrogravitationsmiljø, det kræver ikke megen energi at affyre et objekt fra Bennus overflade.

"Partiklerne var en uventet gave til tyngdekraftsvidenskaben på Bennu, da de tillod os at se små variationer i asteroidens tyngdefelt, som vi ellers ikke ville have kendt til, " sagde Steve Chesley, hovedforfatter til en af ​​undersøgelserne offentliggjort i samlingen og seniorforsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien. "Banerne viser, at det indre af Bennu ikke er ensartet. I stedet der er lommer af materiale med højere og lavere tæthed inde i asteroiden."

Af de partikler holdet observerede, nogle havde suborbitale baner, holde dem oppe i et par timer, før de faldt til ro igen, mens andre flyver fra asteroiden for at gå ind i deres egne kredsløb om solen.

I et tilfælde holdet sporede en partikel, da den cirklede rundt om asteroiden i næsten en uge. Rumfartøjets kameraer var endda vidne til en rikochet, ifølge Hergenrother.

"En partikel faldt ned, ramte en kampesten og gik tilbage i kredsløb, " sagde han. "Hvis Bennu har denne form for aktivitet, så er der en god chance for at alle asteroider gør det, og det er virkelig spændende."

Mens Bennu fortsætter med at afsløre sig selv, OSIRIS-REx-teamet fortsætter med at opdage, at denne lille verden er glødende kompleks. Disse resultater kan tjene som en hjørnesten for fremtidige planetariske missioner, der søger at bedre karakterisere og forstå, hvordan disse små kroppe opfører sig og udvikler sig.