Quando la navicella spaziale OSIRIS-REx della NASA discende verso la superficie di Bennu il 20 ottobre, sarà la prima volta che una missione guidata dagli Stati Uniti tenterà di prelevare un campione di materiale incontaminato da un asteroide. Bennu è probabilmente un accumulo extraterrestre degli avanzi originali della formazione del nostro sistema solare.

La missione dell'Università dell'Arizona per campionare un asteroide a molti milioni di miglia dalla Terra è tutt'altro che una passeggiata sulla spiaggia. Infatti, Bennu "non è quasi la spiaggia sabbiosa che speravamo e ci aspettavamo, " ha detto Thomas Zurbuchen, amministratore associato per la direzione della missione scientifica presso la NASA, durante un evento mediatico del 24 settembre. Una volta che la navicella si è avvicinata e ha iniziato a inviare le prime immagini dettagliate della superficie di Bennu, ha sorpreso sia la squadra della missione che il pubblico rivelando una superficie rocciosa disseminata di massi delle dimensioni di una casa.

Dal suo arrivo il 3 dicembre, 2018, la navicella spaziale OSIRIS-REx ha trascorso il suo tempo volando intorno all'asteroide durante la scansione, fotografare, misurare e studiare il buio, cumulo di macerie rocciose in basso, dapprima da lontano, poi da vicino. Utilizzando il suo strumento altimetro laser, o OLA, combinato con i dati delle immagini scattate con lo strumento PolyCam del veicolo spaziale, la missione ha prodotto mappe di dettagli senza precedenti, migliori di quelli di qualsiasi corpo planetario visitato da navicelle spaziali. Il sito campione principale della missione, che si trova all'interno di un cratere soprannominato Nightingale, è stato selezionato sulla base di quelle mappe.

"Abbiamo scelto Nightingale perché, di gran lunga, ha il materiale a grana più fine di tutti e quattro i candidati per il sito campione, " disse Dante Lauretta, l'investigatore principale della missione e un professore presso l'UArizona Lunar and Planetary Laboratory, durante l'evento stampa. "Abbiamo trascorso l'inizio del 2020 facendo passaggi di ricognizione a bassa quota su questo sito, in definitiva l'imaging a circa un ottavo di pollice per pixel. In pratica abbiamo immagini incredibilmente dettagliate che coprono l'intero cratere, e abbiamo contato tutte quelle rocce."

Poco prima delle 11:00, ora dell'Arizona, del 20 ottobre, i propulsori della navicella si attiveranno e spingeranno delicatamente OSIRIS-REx fuori dalla sua orbita attorno a Bennu e lo guideranno verso la superficie irregolare. Quell'incendio metterà in moto una sequenza di eventi che è stata pianificata meticolosamente dal team della missione.

Cosa succede se tutto va come previsto? E se non lo fa?

Una volta che la navicella è partita per la discesa verso il suo obiettivo, si baserà su ciò che il team della missione chiama una "mappa dei rischi", una rappresentazione dettagliata delle aree all'interno del sito campione che possono presentare un rischio per il veicolo spaziale a causa della presenza di grandi rocce o terreno irregolare.

Appena prima di toccare la superficie, il veicolo spaziale confronterà le immagini di una delle sue telecamere con la mappa dei pericoli archiviata nella memoria del veicolo spaziale. Se il percorso di discesa portasse l'astronave ad atterrare in un punto potenzialmente pericoloso, il sistema attiverebbe automaticamente la navicella spaziale per indietreggiare, uno scenario che ha una probabilità inferiore al 6% sulla base delle simulazioni.

Se tutto va bene, la navicella estenderà il suo meccanismo di acquisizione dei campioni Touch-and-Go, o TAGSAM, che è sospeso sulla punta di un braccio lungo 11 piedi. Ricorda un filtro dell'aria usato in un'auto più vecchia, è progettato per raccogliere materiale a grana fine, ma è in grado di ingerire materiale fino a circa tre quarti di pollice.

Il campione verrà prelevato durante una manovra "touch-and-go", o TAG, durante il quale la testa di campionamento entrerà in contatto con la superficie di Bennu per circa 10 secondi. Quando la navicella rileva un contatto, lancerà una delle tre bombole di azoto, e molto simile a un aspirapolvere inverso, sollevare materiale di superficie, chiamato regolite, all'interno della testa del campionatore, prima che la navicella si allontani.

Come riserva, la testa di campionamento è dotata di una serie di piccoli dischi progettati per raccogliere la polvere come pastiglie appiccicose, nel caso qualcosa dovesse andare storto con il processo di campionamento alimentato a gas.

Il team esaminerà le riprese riprese dalla telecamera di campionamento del veicolo spaziale, o SamCam, della testa di campionamento quando entra in contatto con la superficie. SamCam è una delle tre telecamere a bordo del veicolo spaziale che sono state costruite in UArizona.

"Saremo in grado di dire se siamo stati inclinati, se il gas è uscito di lato, se il materiale è stato sufficientemente agitato, " Ha detto Lauretta. "Avremo anche un'ottima indicazione della posizione esatta a Nightingale in cui abbiamo preso contatto e possiamo confrontarla con la nostra mappa di campionatura, per valutare se siamo atterrati in un'area dove c'è abbondante materiale da campionare o in una delle località più rocciose".

SamCam sarà anche in grado di acquisire immagini della testa di campionamento dopo che la navicella spaziale è partita dal cratere Nightingale ed è a distanza di sicurezza dall'asteroide. Poiché la testa di campionamento è montata su un'articolazione del polso, il team sarà in grado di esaminarlo con orientamenti diversi rispetto al sole e alla telecamera di campionamento. Il team vedrà anche polvere o materiale su qualsiasi altra area del TAGSAM, sul braccio o sulla coperta sopra le bombole del gas, Lauretta ha spiegato.

"Questo ci dirà se abbiamo spostato abbastanza materiale quando ci siamo messi in contatto, e forse, solo forse, potremo vedere alcune delle particelle all'interno di TAGSAM, se le particelle sono nella giusta posizione all'interno della testa e se otteniamo le giuste condizioni di illuminazione."

Dopo TAG, il team passerà quindi una settimana a valutare la quantità di campione raccolto. Utilizzerà diversi metodi per stimare la quantità di campione, iniziando con l'imaging della testa di raccolta del campione per l'ispezione visiva. Il team effettuerà anche controlli del veicolo spaziale e degli strumenti per verificare che non si sia verificato un degrado di entrambi.

Una piroetta nello spazio

Prossimo, il veicolo spaziale è pronto per eseguire una manovra progettata per fornire agli scienziati a terra una stima di quanto campione è stato raccolto. Con il suo braccio di campionamento esteso, ruoterà lentamente attorno ad un asse perpendicolare a TAGSAM per misurare la variazione di massa attribuibile al campione raccolto rispetto ad una precedente misurazione effettuata con la testa di campionamento vuota.

A causa dell'incertezza nella tecnica, il risultato della misurazione deve superare la massa del campione richiesta per avere un'elevata confidenza che sia presente un campione adeguato.

"Cercheremo una probabilità del 90% di avere 60 grammi effettivi o più, " Disse Lauretta. "Qualsiasi cosa al di sotto di questo, avremo conversazioni con la NASA per valutare lo stato del veicolo spaziale, la sua capacità di entrare per un secondo TAG, e decidere se vogliamo tornare con quello che abbiamo o fare un secondo tentativo di TAG."

La navicella può effettuare più tentativi di campionamento, in quanto dotato di tre bombole di gas azoto. Per esempio, se dovesse atterrare in un luogo sicuro ma non riuscisse a trovare un buon campione, il team ha sviluppato misure di emergenza per garantire che la missione soddisfi ancora il suo obiettivo scientifico primario:raccogliere almeno 60 grammi (poco meno di 2 once) di materiale di superficie e riportarlo sulla Terra.

"Nel caso in cui la decisione venga presa, dobbiamo rientrare di nuovo, dobbiamo riportare la navicella in orbita e condurre una serie di bruciature per allineare la sua posizione in orbita per il prossimo tentativo di tag, " ha detto Mike Moreau, vice responsabile del progetto presso il Goddard Space Flight Center della NASA nel Maryland.

Mentre Nightingale è stato identificato come il posto migliore per ottenere un campione su tutto Bennu, presenta ancora molte sfide, ha detto Lauretta.

"Di gran lunga, il risultato più probabile che avremo il 20 ottobre è che contatteremo la superficie e ne usciremo con un grande campione che supera i nostri requisiti. Ma Bennu ci ha già lanciato un certo numero di palle curve, questo è il motivo per cui siamo completamente pronti a taggare su Osprey (il sito di backup) se ciò diventa necessario, " Egli ha detto.

Una volta presa la decisione di stivare il campione, il team procederà a posizionare la testa all'interno della capsula di restituzione del campione e a sigillarla per il ritorno sulla Terra nel 2023. E quando arriverà quel momento, è probabile che riporti anche più del minimo di 60 grammi, poiché TAGSAM è stato progettato per catturare almeno 150 grammi, e in condizioni ottimali fino a 4 libbre, abbastanza per tenere impegnate generazioni di ricercatori nei laboratori sulla Terra.