Gli scienziati pensavano che la superficie dell'asteroide Bennu sarebbe stata come una spiaggia sabbiosa, abbondante di sabbia fine e ciottoli, che sarebbe stato perfetto per raccogliere campioni. Le precedenti osservazioni del telescopio dall'orbita terrestre avevano suggerito la presenza di grandi strisce di materiale a grana fine chiamata regolite fine che è più piccola di pochi centimetri.

Ma quando la navicella spaziale della missione di restituzione del campione di asteroidi OSIRIS-REx della NASA, guidata dall'Università dell'Arizona, è arrivata a Bennu alla fine del 2018, la squadra della missione ha visto una superficie ricoperta di massi. La misteriosa mancanza di regolite fine è diventata ancora più sorprendente quando gli scienziati della missione hanno osservato prove di processi in grado di frantumare massi in regolite fine.

Nuova ricerca, pubblicato in Natura e guidato dal membro del team di missione Saverio Cambioni, ha utilizzato l'apprendimento automatico e i dati sulla temperatura superficiale per risolvere il mistero. Cambioni era uno studente laureato presso l'UArizona Lunar and Planetary Laboratory quando è stata condotta la ricerca ed è ora un illustre borsista post-dottorato presso il Dipartimento della Terra, Scienze atmosferiche e planetarie presso il Massachusetts Institute of Technology. Lui e i suoi colleghi alla fine hanno scoperto che le rocce altamente porose di Bennu sono responsabili della sorprendente mancanza di regolite fine sulla superficie.

"Il 'REx' in OSIRIS-REx sta per Regolith Explorer, quindi mappare e caratterizzare la superficie dell'asteroide era un obiettivo principale, ", ha affermato Dante Lauretta, coautore dello studio e ricercatore principale di OSIRIS-REx, un Regents Professor di Scienze Planetarie presso l'Università dell'Arizona. "La sonda ha raccolto dati ad altissima risoluzione per l'intera superficie di Bennu, che era fino a 3 millimetri per pixel in alcune posizioni. Al di là dell'interesse scientifico, la mancanza di una regolite fine divenne una sfida per la missione stessa, perché il veicolo spaziale è stato progettato per raccogliere tale materiale".

Per raccogliere un campione per tornare sulla Terra, la navicella spaziale OSIRIS-REx è stata costruita per navigare all'interno di un'area su Bennu grande all'incirca quanto un parcheggio di 100 posti. Però, a causa di numerosi massi, il sito di campionamento sicuro è stato ridotto a circa le dimensioni di cinque posti auto. La navicella spaziale ha preso contatto con successo con Bennu per raccogliere materiale campione nell'ottobre 2020.

Un inizio difficile e risposte solide

"Quando sono arrivate le prime immagini di Bennu, abbiamo notato alcune aree in cui la risoluzione non era abbastanza alta per vedere se c'erano piccole rocce o regolite fine. Abbiamo iniziato a utilizzare il nostro approccio di apprendimento automatico per separare la regolite fine dalle rocce utilizzando dati di emissione termica (infrarossi), " disse Cambioni.

L'emissione termica della regolite fine è diversa da quella delle rocce più grandi, perché il primo è controllato dalla dimensione delle sue particelle, mentre quest'ultimo è controllato dalla porosità della roccia. Il team ha prima costruito una libreria di esempi di emissioni termiche associate a regolite fine mescolata in diverse proporzioni con rocce di varia porosità. Prossimo, hanno usato tecniche di apprendimento automatico per insegnare a un computer come "collegare i punti" tra gli esempi. Quindi, hanno utilizzato il software di apprendimento automatico per analizzare l'emissione termica da 122 aree sulla superficie di Bennu osservate sia di giorno che di notte.

"Solo un algoritmo di apprendimento automatico potrebbe esplorare in modo efficiente un set di dati così grande, " disse Cambioni.

Quando l'analisi dei dati è stata completata, Cambioni e i suoi collaboratori trovarono qualcosa di sorprendente:la fine regolite non era distribuita casualmente su Bennu ma era invece più bassa dove le rocce erano più porose, che era sulla maggior parte della superficie.

Il team ha concluso che le rocce altamente porose di Bennu producono pochissima regolite fine perché queste rocce sono compresse piuttosto che frammentate dagli impatti di meteoroidi. Come una spugna, i vuoti nelle rocce attutiscono il colpo delle meteore in arrivo. Questi risultati sono anche in accordo con esperimenti di laboratorio di altri gruppi di ricerca.

"Fondamentalmente, gran parte dell'energia dell'impatto va nello schiacciamento dei pori limitando la frammentazione delle rocce e la produzione di nuova regolite fine, ", ha affermato la coautrice dello studio Chrysa Avdellidou, ricercatore post-dottorato presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS)–Lagrange Laboratory dell'Osservatorio e dell'Università della Costa Azzurra in Francia.

Inoltre, la fessurazione causata dal riscaldamento e dal raffreddamento delle rocce di Bennu mentre l'asteroide ruota durante il giorno e la notte procede più lentamente nelle rocce porose che nelle rocce più dense, frustrando ulteriormente la produzione di regolite fine.

"Quando OSIRIS-REx consegna il suo campione di Bennu (sulla Terra) nel settembre 2023, gli scienziati saranno in grado di studiare i campioni in dettaglio, " ha detto Jason Dworkin, Scienziato del progetto OSIRIS-REx presso il Goddard Space Flight Center della NASA. "Questo include testare le proprietà fisiche delle rocce per verificare questo studio".

Altre missioni hanno prove per confermare i risultati della squadra. La missione Hayabusa 2 dell'Agenzia giapponese per l'esplorazione aerospaziale a Ryugu, un asteroide carbonioso come Bennu, scoperto che Ryugu manca anche di regolite fine e ha rocce altamente porose. Al contrario, La missione Hayabusa di JAXA sull'asteroide Itokawa nel 2005 ha rivelato un'abbondante regolite fine sulla superficie di Itokawa, un asteroide di tipo S con rocce di composizione diversa da Bennu e Ryugu. Un precedente studio di Cambioni e dei suoi colleghi ha fornito prove che le rocce di Itokawa sono meno porose di quelle di Bennu e Ryugu, utilizzando osservazioni dalla Terra.

"Per decenni, gli astronomi hanno contestato che il piccolo, gli asteroidi vicini alla Terra potrebbero avere superfici di roccia nuda. La prova più indiscutibile che questi piccoli asteroidi potrebbero avere una sostanziale regolite fine è emersa quando la navicella spaziale ha visitato gli asteroidi di tipo S Eros e Itokawa negli anni 2000 e ha trovato una regolite fine sulle loro superfici, " ha detto il coautore dello studio Marco Delbo, direttore di ricerca con CNRS, anche al Laboratorio di Lagrange.

Il team prevede che ampie strisce di regolite fine dovrebbero essere rare sugli asteroidi carboniosi, che sono i più comuni di tutti i tipi di asteroidi e si pensa che abbiano rocce ad alta porosità come Bennu. In contrasto, terreni ricchi di regolite fine dovrebbero essere comuni sugli asteroidi di tipo S, che sono il secondo gruppo più comune nel sistema solare, e si pensa che siano più densi, rocce meno porose degli asteroidi carboniosi.

"Questo è un pezzo importante nel puzzle di ciò che guida la diversità delle superfici degli asteroidi. Si pensa che gli asteroidi siano fossili del sistema solare, quindi comprendere l'evoluzione che hanno subito nel tempo è fondamentale per comprendere come si è formato ed evoluto il sistema solare, " ha detto Cambioni. "Ora che conosciamo questa differenza fondamentale tra asteroidi carboniosi e di tipo S, i futuri team possono preparare meglio le missioni di raccolta dei campioni a seconda della natura dell'asteroide bersaglio".

L'Università dell'Arizona guida il team scientifico di OSIRIS-REx e la pianificazione dell'osservazione scientifica e l'elaborazione dei dati della missione. Il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, fornisce la gestione complessiva della missione, Ingegneria dei sistemi, e la sicurezza e la garanzia di missione per OSIRIS-REx. Lockheed Martin Space a Littleton, Colorado, costruito il veicolo spaziale e fornisce operazioni di volo. Goddard e KinetX Aerospace sono responsabili della navigazione del veicolo spaziale OSIRIS-REx. OSIRIS-REx è la terza missione del programma New Frontiers della NASA, gestito dal Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama, per la direzione della missione scientifica dell'agenzia a Washington, D.C.