Dopo aver volato nello spazio per più di due anni, La navicella spaziale OSIRIS-REx della NASA (Origins, Interpretazione spettrale, Identificazione delle risorse, Security-Regolith Explorer) è recentemente entrato in orbita attorno al suo obiettivo, l'asteroide Bennu. Gli asteroidi come Bennu sono considerati detriti rimasti dalla formazione del nostro sistema solare. Così, nella prima missione del genere condotta dalla NASA, OSIRIS-REx sta cercando di recuperare un campione e portarlo sulla Terra.

Oltre a diversi strumenti a bordo della navicella spaziale, ce n'è uno costruito dagli studenti del MIT chiamato REgolith X-Ray Imaging Spectrometer (REXIS), che fornirà dati per aiutare a selezionare il sito di campionamento, così come altri obiettivi di missione, inclusa la caratterizzazione dell'asteroide e dei suoi comportamenti, e confrontandoli con le osservazioni a terra. REXIS è un progetto congiunto tra il Dipartimento della Terra del MIT, Scienze atmosferiche e planetarie (EAPS), Dipartimento di Aeronautica e Astronautica del MIT (AeroAstro), l'Osservatorio dell'Harvard College, l'Istituto Kavli del MIT per l'astrofisica e la ricerca spaziale, e MIT Lincoln Laboratory.

Poco dopo essere arrivato a Bennu, I ricercatori di OSIRIS-REx hanno annunciato di aver identificato l'acqua sull'asteroide, che potrebbe influenzare la selezione del sito di campionamento. EAPS ha parlato con Richard Binzel, un esperto di asteroidi al MIT e co-investigatore in questa missione, alla guida dello sviluppo di REXIS, sul ruolo dello strumento e sul significato di questa scoperta per l'uso futuro di dispositivi simili. Binzel è anche professore di scienze planetarie in EAPS con un appuntamento congiunto in AeroAstro, e una professoressa Margaret MacVicar.

D:Qual è lo scopo di REXIS, come parte della missione OSIRIS-REx?

R:L'obiettivo della missione OSIRIS-REx è ottenere un campione incontaminato dalla superficie dell'asteroide, Bennu, che ha alcuni dei più originali, chimica sopravvissuta fin dall'inizio del nostro sistema solare. L'asteroide è come una capsula del tempo, che ci dirà com'era la condizione del nostro sistema solare quando si è formato 4,56 miliardi di anni fa.

L'obiettivo di REXIS è mappare la composizione di Bennu a supporto della missione, scegliendo la posizione per quel campione. L'obiettivo è andare sull'asteroide e dedicare fino a un anno a studiarlo in dettaglio per determinare quale posizione può darci il più alto ritorno scientifico. Si tratta di valutazione e caratterizzazione progressiva dell'asteroide:percorreremo orbite che scendono gradualmente fino al punto in cui vediamo la superficie con un dettaglio estremamente buono, come le caratteristiche di crateri e massi. In questo modo, sappiamo dove andremo a toccare la superficie, prendi un campione, e portalo in sicurezza a bordo della navicella.

Per fare questo, a bordo di OSIRIS-REx, c'è una serie di strumenti:telecamere e spettrometri visibili principalmente nelle lunghezze d'onda del visibile e del vicino infrarosso che stanno mappando la superficie dell'asteroide, oltre al REXIS del MIT, lo spettrometro per immagini a raggi X REgolith. REXIS integra tutti gli altri strumenti e contribuisce al resto dei dati vedendo alla luce dei raggi X. Nessun altro strumento su OSIRIS-REx vedrà la superficie alla luce dei raggi X. Così, questo è abbastanza unico nell'esplorazione planetaria, e il fatto che sia stato costruito dagli studenti è ancora più sorprendente.

Uno dei nostri obiettivi è corroborare la mappatura dei minerali fatta dagli altri strumenti. Gli spettrometri nel visibile e nel vicino infrarosso sono sensibili alla composizione minerale della superficie, e REXIS misura i singoli elementi atomici presenti. Una delle cose che vogliamo realizzare è vedere se gli elementi atomici che misuriamo sono coerenti con i minerali che gli altri strumenti stanno misurando e viceversa.

D:Come funziona REXIS?

R:REXIS funziona sfruttando le emissioni di raggi X del sole. Alcuni di quei raggi X colpiscono l'asteroide e interagiscono con gli atomi sulla superficie:vengono assorbiti e modificano il livello di energia degli elettroni negli atomi. Quando gli atomi tornano al loro stato fondamentale, emettono un fotone a raggi X, il che significa che i raggi X del sole hanno fatto brillare o emettere fluorescenza l'asteroide.

REXIS misura l'energia e la posizione dei raggi X che emettono fluorescenza lontano dalla superficie dell'asteroide, e le energie ci dicono quali atomi sono presenti. L'energia di un fotone di raggi X che viene emesso da un atomo corrisponde esattamente all'energia tra due orbitali elettronici. Ogni atomo ha la sua firma unica di stati energetici, quindi possiamo dedurre la composizione elementare della superficie dell'asteroide.

Cercheremo cose come il ferro, silicio, ossigeno, e zolfo, alcuni elementi costitutivi molto basilari dei corpi planetari. Saremo in grado di misurare queste abbondanze e determinare la composizione di questo asteroide.

Ora, stiamo eseguendo tutti i tipi di misurazioni di calibrazione, e stiamo imparando le caratteristiche dello strumento nello spazio:modi in cui funziona come previsto e differenze. Fa parte del design dello strumento monitorare l'uscita del sole e calibrare le osservazioni degli asteroidi, tenendo conto di qualsiasi variazione dal sole. REXIS ha due parti:una parte è lo spettrometro principale che misura i raggi X emessi dalla superficie dell'asteroide; il secondo è un piccolo monitor a raggi X solare o SXM, e guarda costantemente l'uscita del sole, che varia in tempi di minuti, ore, e giorni. Per di qua, se osserviamo un punto dell'asteroide e vediamo questa enorme fluorescenza a raggi X, sapremo se è l'asteroide che è speciale in quella posizione, o se fosse solo un brillamento solare, che accadeva nello stesso momento. Stiamo anche osservando lo sfondo dei raggi X cosmici o CXB e calibrando la sensibilità del nostro strumento osservando un costante, una forte sorgente di raggi X nel cielo chiamata Nebulosa del Granchio.

Inoltre calibriamo le misurazioni REXIS rispetto alle misurazioni di laboratorio di meteoriti, e saremo in grado di individuare quale tipo di meteorite assomiglia di più a Bennu. Se osserviamo una variazione sulla superficie, saremo in grado di dire quali regioni hanno la maggiore somiglianza con i meteoriti conosciuti, e questo può guidarci su dove otteniamo il nostro campione.

D:La NASA ha annunciato di aver trovato prove di acqua su Bennu. Cosa significa questo per REXIS e da dove viene prelevato il campione?

R:La missione OSIRIS-REx ha trovato prove della presenza di minerali idrati sulla superficie dell'asteroide Bennu. Questi minerali si formano quando le molecole d'acqua reagiscono con il materiale roccioso e diventano parte della struttura cristallina. Gli studi sui meteoriti suggeriscono che questo processo si è verificato molto presto nella storia del sistema solare. Questa scoperta ci dice che la superficie di Bennu non è stata riscaldata a temperature abbastanza alte da abbattere questi minerali e rilasciare l'acqua. Bennu sembra contenere quest'acqua primordiale, fornendo indizi su come tale materiale è stato consegnato sulla Terra, portando a un mondo abitabile.

Questa è una notizia allettante per REXIS perché uno degli elementi atomici che cercheremo è l'ossigeno, che ovviamente è uno dei principali costituenti dell'acqua, e REXIS ha il potenziale per confermare la scoperta di queste molecole d'acqua nei minerali di Bennu.

Molti fattori concorrono alla decisione di dove campionare. Prima di tutto, dobbiamo determinare in quali parti della superficie è sicuro andare, che sappiamo che l'astronave può navigare, prendi un campione, e torna sano e salvo. Allora tra tutte le regioni sicure, quali sono i più scientificamente interessanti, in base a ciò che chiamiamo mappa dei valori scientifici. L'obiettivo è avere una comprensione completa della composizione della superficie dell'asteroide e di ogni sua variabilità. Quindi, vogliamo trovare un posto per campionare che pensiamo abbia la chimica organica più originale dall'inizio del sistema solare, e quindi i luoghi su Bennu che potrebbero avere una traccia d'acqua sarebbero molto interessanti da campionare.

Attualmente, siamo ancora abbastanza lontani dall'asteroide e stiamo lentamente avanzando verso distanze orbitali inferiori. Raggiungeremo la distanza orbitale per REXIS per iniziare le sue operazioni scientifiche il prossimo giugno. Quindi, REXIS traccerà la composizione dell'asteroide in termini di elementi atomici. Quando avremo indietro il campione, saremo in grado di verificare se REXIS ha capito bene. Se lo facessimo, significa che possiamo inviare uno strumento simile a REXIS ovunque nel sistema solare e ottenere un'impronta digitale affidabile della composizione dettagliata di ciò di cui sono fatti questi oggetti.

Se REXIS ha successo, mostra che con un piccolo strumento puoi ottenere una grande scienza. Il nostro soprannome per REXIS è, "il piccolo spettrometro che potrebbe."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.