Due cosmochimici dell'Arizona State University hanno effettuato le prime misurazioni in assoluto dell'acqua contenuta in campioni prelevati dalla superficie di un asteroide. I campioni provenivano dall'asteroide Itokawa e sono stati raccolti dalla sonda spaziale giapponese Hayabusa.

I risultati del team suggeriscono che gli impatti all'inizio della storia della Terra da parte di asteroidi simili potrebbero aver consegnato fino alla metà dell'acqua oceanica del nostro pianeta.

"Abbiamo scoperto che i campioni che abbiamo esaminato erano arricchiti in acqua rispetto alla media degli oggetti del sistema solare interno, " dice Ziliang Jin. Uno studioso post-dottorato nella Scuola di Esplorazione della Terra e dello Spazio dell'ASU, è l'autore principale del documento pubblicato il 1 maggio in Progressi scientifici riportando i risultati. Il suo co-autore è Maitrayee Bose, professore assistente presso la Scuola.

"È stato un privilegio che l'agenzia spaziale giapponese JAXA fosse disposta a condividere cinque particelle di Itokawa con un investigatore statunitense, " Dice Bose. "Si riflette bene anche sulla nostra Scuola".

L'idea del team di cercare l'acqua nei campioni di Itokawa è stata una sorpresa per il progetto Hayabusa.

"Fino a quando non l'abbiamo proposto, nessuno pensava di cercare l'acqua, "dice Bose. "Sono felice di riferire che la nostra intuizione ha dato i suoi frutti."

In due delle cinque particelle, il team ha identificato il minerale pirosseno. Nei campioni terrestri, i pirosseni hanno acqua nella loro struttura cristallina. Bose e Jin sospettavano che le particelle di Itokawa potessero avere anche tracce d'acqua, ma volevano sapere esattamente quanto. Itokawa ha avuto una storia difficile riguardo al riscaldamento, molteplici impatti, shock, e frammentazione. Questi aumenterebbero la temperatura dei minerali e allontanerebbero l'acqua.

Per studiare i campioni, ciascuno circa la metà dello spessore di un capello umano, il team ha utilizzato lo spettrometro di massa di ioni secondari su scala nanometrica dell'ASU (NanoSIMS), che può misurare grani minerali così piccoli con grande sensibilità.

Le misurazioni NanoSIMS hanno rivelato che i campioni erano inaspettatamente ricchi di acqua. Suggeriscono anche che anche asteroidi nominalmente secchi come Itokawa potrebbero in realtà ospitare più acqua di quanto gli scienziati abbiano ipotizzato.

Mondo frammentato

Itokawa è un asteroide a forma di arachide circa 1, 800 piedi di lunghezza e 700 a 1, 000 piedi di larghezza. Gira intorno al Sole ogni 18 mesi a una distanza media di 1,3 volte la distanza Terra-Sole. Parte del percorso di Itokawa lo porta all'interno dell'orbita terrestre e, al limite, si estende un po' oltre quello di Marte.

Basato sullo spettro di Itokawa nei telescopi terrestri, gli scienziati planetari lo collocano nella classe S. Questo lo collega con i meteoriti pietrosi, che si pensa siano frammenti di asteroidi di tipo S rotti in collisioni.

"Gli asteroidi di tipo S sono uno degli oggetti più comuni nella fascia degli asteroidi, " dice Bose. "Si sono formati originariamente a una distanza dal Sole da un terzo a tre volte la distanza della Terra." Aggiunge che sebbene siano piccoli, questi asteroidi hanno trattenuto l'acqua e gli altri materiali volatili con cui si sono formati.

Nella struttura, Itokawa assomiglia a un paio di cumuli di macerie schiacciati insieme. Ha due lobi principali, ognuna costellata di massi ma con densità complessive diverse, mentre tra i lobi è una sezione più stretta.

Jin e Bose sottolineano che l'Itokawa di oggi è il residuo di un corpo genitore largo almeno 12 miglia che a un certo punto è stato riscaldato tra 1, 000 e 1, 500 gradi Fahrenheit. Il corpo genitore ha subito diversi forti shock da impatti, con un ultimo evento sconvolgente che lo ha spezzato. In seguito due dei frammenti si fusero e formarono l'odierna Itokawa, che raggiunse le dimensioni e la forma attuali circa 8 milioni di anni fa.

"Le particelle che abbiamo analizzato provenivano da una parte di Itokawa chiamata Mare delle Muse, " dice Bose. "È un'area dell'asteroide che è liscia e coperta di polvere".

Jin aggiunge, "Sebbene i campioni siano stati raccolti in superficie, non sappiamo dove fossero questi grani nel corpo genitore originale. Ma la nostra ipotesi migliore è che siano stati sepolti a più di 100 metri di profondità al suo interno".

Aggiunge che nonostante la catastrofica rottura del corpo genitore, e i grani del campione sono esposti a radiazioni e impatti di micrometeoriti in superficie, i minerali mostrano ancora tracce di acqua che non è stata persa nello spazio.

Inoltre, dice Jin, "I minerali hanno composizioni isotopiche di idrogeno che sono indistinguibili dalla Terra".

Bose spiega, "Ciò significa che gli asteroidi di tipo S e i corpi genitori delle condriti ordinarie sono probabilmente una fonte critica di acqua e molti altri elementi per i pianeti terrestri".

lei aggiunge, "E possiamo dirlo solo grazie alle misurazioni isotopiche in situ su campioni restituiti di regolite di asteroidi, la loro polvere e rocce di superficie.

"Ciò rende questi asteroidi obiettivi prioritari per l'esplorazione".

Scouting per campioni

Bose nota che sta costruendo un laboratorio pulito all'ASU, che insieme al NanoSIMS (finanziato in parte dalla National Science Foundation) sarebbe la prima struttura del genere in un'università pubblica in grado di analizzare i grani di polvere provenienti da altri corpi del sistema solare.

Un'altra missione giapponese, Hayabusa 2, è attualmente su un asteroide chiamato Ryugu, dove raccoglierà campioni, riportandoli sulla Terra nel dicembre 2020. Il direttore del Centro per gli studi sui meteoriti dell'ASU, professore Meenakshi Wadhwa, è un membro del team di analisi iniziale per la chimica per la missione Hayabusa 2.

L'ASU è anche a bordo della missione di restituzione del campione OSIRIS-REx della NASA, che orbita attorno a un asteroide vicino alla Terra di nome Bennu. Tra gli altri strumenti, la navicella trasporta lo spettrometro ad emissione termica OSIRIS-REx (OTES), progettato dal professor Philip Christensen di ASU Regents e costruito alla scuola. OSIRIS-REx raccoglierà campioni da Bennu nell'estate 2020 e li riporterà sulla Terra nel settembre 2023.

Per gli scienziati planetari e i cosmochimici che stanno disegnando un'immagine di come si è formato il sistema solare, gli asteroidi sono una grande risorsa. Come elementi costitutivi rimanenti per il sistema planetario, variano notevolmente tra loro pur preservando i materiali dei primi tempi della storia del sistema solare.

Dice Bose, "Le missioni di restituzione del campione sono obbligatorie se vogliamo davvero fare uno studio approfondito degli oggetti planetari".

E lei aggiunge, "La missione Hayabusa a Itokawa ha ampliato la nostra conoscenza dei contenuti volatili dei corpi che hanno contribuito a formare la Terra. Non sarebbe sorprendente se un meccanismo simile di produzione di acqua fosse comune per gli esopianeti rocciosi attorno ad altre stelle".