Ученые думали, что поверхность астероида Bennu будет похожа на песчаный пляж, изобилующий мелким песком и галькой, который идеально подходит для сбора образцов. Предыдущие наблюдения телескопа с орбиты Земли показали наличие больших полос мелкозернистого материала, называемого мелким реголитом, размером меньше нескольких сантиметров.
Но когда космический корабль миссии OSIRIS-REx, который должен был собрать образцы астероида, прибыл к Bennu в конце 2018 года, команда миссии увидела поверхность, покрытую валунами. Таинственное отсутствие тонкого реголита стало еще более удивительным, когда ученые обнаружили свидетельства процессов, способных измельчать валуны в мелкий реголит.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, задействовало машинное обучение и данные о температуре поверхности, чтобы разгадать загадку. В конечном итоге исследователи обнаружили, что высокопористые породы Bennu являются причиной странного отсутствия на поверхности мелкого реголита.
Чтобы собрать образец для возвращения на Землю, космический корабль OSIRIS-REx был построен для путешествия в районе астероида Bennu размером примерно со стоянку на 100 мест. Однако из-за большого количества валунов безопасная площадка для отбора проб была уменьшена примерно до пяти парковочных мест. Космический корабль успешно установил контакт с Bennu в октябре 2020 года.
Тепловое излучение мелкодисперсного реголита отличается от теплового излучения более крупных пород, поскольку первое определяется размером его частиц, а второе — пористостью породы. Команда сначала создала библиотеку примеров теплового излучения, связанного с мелким реголитом, смешанным в разных пропорциях с породами разной пористости. Затем они использовали методы машинного обучения, чтобы научить компьютер "соединять точки" между примерами. Затем они использовали программное обеспечение машинного обучения для анализа теплового излучения из 122 областей на поверхности Bennu, наблюдаемых как днем, так и ночью.
Когда анализ данных был завершен, ученые обнаружили кое-что удивительное: мелкий реголит не был распределен случайным образом на Bennu, а был ниже там, где породы были более пористыми, то есть на большей части поверхности.
Команда пришла к выводу, что очень мало мелкого реголита производится высокопористыми породами Bennu, потому что эти породы скорее сжаты, чем раздроблены в результате ударов метеороидов. Как губка, пустоты в скалах смягчают удар падающих метеоров. Эти результаты также согласуются с лабораторными экспериментами других исследовательских групп.
Кроме того, растрескивание, вызванное нагреванием и охлаждением пород Bennu, когда астероид вращается днем и ночью, в пористых породах протекает медленнее, чем в более плотных породах, что еще больше препятствует производству мелкого реголита.
У других миссий есть доказательства, подтверждающие выводы команды. Миссия Hayabusa 2 Японского агентства аэрокосмических исследований к Ryugu, углеродистому астероиду, подобному Bennu, обнаружила, что на Ryugu также отсутствует мелкозернистый реголит и очень пористые породы. Напротив, миссия Hayabusa JAXA к астероиду Itokawa в 2005 году обнаружила обильный мелкий реголит на поверхности Itokawa, астероида S-типа с породами другого состава, чем Bennu и Ryugu. Предыдущее исследование Камбиони и его коллег предоставило доказательства того, что породы Итокавы менее пористые, чем породы Bennu и Ryugu, с использованием наблюдений с Земли.
Команда предсказывает, что большие полосы мелкого реголита должны быть необычными на углеродистых астероидах, которые являются наиболее распространенными из всех типов астероидов и, как считается, имеют высокопористые породы, такие как Bennu. Напротив, ландшафты, богатые мелким реголитом, должны быть обычными для астероидов S-типа, которые являются второй по распространенности группой в Солнечной системе и, как полагают, имеют более плотные и менее пористые породы, чем углеродистые астероиды.
Это важная часть головоломки, которая определяет разнообразие поверхностей астероидов. Считается, что астероиды — это окаменелости Солнечной системы, поэтому понимание эволюции, которую они претерпели во времени, имеет решающее значение для понимания того, как формировалась и развивалась Солнечная система.
