Os cientistas pensaram que a superfície do asteróide Bennu seria como uma praia arenosa, abundante em areia fina e seixos, o que teria sido perfeito para coletar amostras. As observações anteriores do telescópio da órbita da Terra sugeriram a presença de grandes faixas de material de grão fino, chamado regolito fino, que é menor do que alguns centímetros.

Mas quando a nave espacial da missão de retorno de amostra de asteróide OSIRIS-REx liderada pela Universidade do Arizona da NASA chegou a Bennu no final de 2018, a equipe da missão viu uma superfície coberta de pedras. A misteriosa falta de regolito fino tornou-se ainda mais surpreendente quando os cientistas da missão observaram evidências de processos capazes de transformar pedregulhos em regolito fino.

Nova pesquisa, publicado em Natureza e liderado pelo membro da equipe da missão Saverio Cambioni, usou dados de aprendizado de máquina e temperatura de superfície para resolver o mistério. Cambioni era aluno de pós-graduação no Laboratório Lunar e Planetário do UArizona quando a pesquisa foi conduzida e hoje é pós-doutorado distinto no Departamento da Terra, Ciências Atmosféricas e Planetárias no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Ele e seus colegas finalmente descobriram que as rochas altamente porosas de Bennu são responsáveis ​​pela surpreendente falta de regolito fino na superfície.

"O 'REx' no OSIRIS-REx significa Regolith Explorer, portanto, mapear e caracterizar a superfície do asteróide era o objetivo principal, "disse o co-autor do estudo e principal investigador da OSIRIS-REx, Dante Lauretta, Professor Regentes de Ciências Planetárias da Universidade do Arizona. "A espaçonave coletou dados de alta resolução para toda a superfície de Bennu, que caiu para 3 milímetros por pixel em alguns locais. Além do interesse científico, a falta de regolito fino tornou-se um desafio para a própria missão, porque a espaçonave foi projetada para coletar esse material. "

Para coletar uma amostra para retornar à Terra, a espaçonave OSIRIS-REx foi construída para navegar dentro de uma área em Bennu aproximadamente do tamanho de um estacionamento com 100 vagas. Contudo, por causa de vários pedregulhos, o local de amostragem seguro foi reduzido a aproximadamente o tamanho de cinco vagas de estacionamento. A espaçonave fez contato com sucesso com Bennu para coletar material de amostra em outubro de 2020.

Um começo difícil e respostas sólidas

"Quando as primeiras imagens de Bennu chegaram, notamos algumas áreas onde a resolução não era alta o suficiente para ver se havia pequenas rochas ou regolito fino. Começamos a usar nossa abordagem de aprendizado de máquina para separar rególitos finos de rochas usando dados de emissão térmica (infravermelho), "Disse Cambioni.

A emissão térmica do regolito fino é diferente daquela de rochas maiores, porque o primeiro é controlado pelo tamanho de suas partículas, enquanto o último é controlado pela porosidade da rocha. A equipe construiu primeiro uma biblioteca de exemplos de emissões térmicas associadas a rególitos finos misturados em proporções diferentes com rochas de porosidade variada. Próximo, eles usaram técnicas de aprendizado de máquina para ensinar a um computador como "conectar os pontos" entre os exemplos. Então, eles usaram o software de aprendizado de máquina para analisar a emissão térmica de 122 áreas na superfície de Bennu observada durante o dia e a noite.

"Apenas um algoritmo de aprendizado de máquina poderia explorar com eficiência um conjunto de dados tão grande, "Disse Cambioni.

Quando a análise de dados foi concluída, Cambioni e seus colaboradores descobriram algo surpreendente:o regolito fino não foi distribuído aleatoriamente em Bennu, mas em vez disso foi mais baixo onde as rochas eram mais porosas, que estava na maior parte da superfície.

A equipe concluiu que muito pouco regolito fino é produzido pelas rochas altamente porosas de Bennu porque essas rochas são comprimidas em vez de fragmentadas por impactos de meteoróides. Como uma esponja, os vazios nas rochas amortecem o golpe dos meteoros que se aproximam. Essas descobertas também estão de acordo com experimentos de laboratório de outros grupos de pesquisa.

"Basicamente, grande parte da energia do impacto vai para o esmagamento dos poros restringindo a fragmentação das rochas e a produção de novos rególitos finos, "disse a co-autora do estudo Chrysa Avdellidou, um pesquisador de pós-doutorado no Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS) - Laboratório de Lagrange do Observatório e Universidade Côte d'Azur na França.

Adicionalmente, rachaduras causadas pelo aquecimento e resfriamento das rochas de Bennu conforme o asteróide gira durante o dia e a noite prossegue mais lentamente em rochas porosas do que em rochas mais densas, frustrando ainda mais a produção de regolito fino.

"Quando o OSIRIS-REx entrega sua amostra de Bennu (para a Terra) em setembro de 2023, os cientistas serão capazes de estudar as amostras em detalhes, "disse Jason Dworkin, Cientista do projeto OSIRIS-REx no Goddard Space Flight Center da NASA. "Isso inclui testar as propriedades físicas das rochas para verificar este estudo."

Outras missões têm evidências para confirmar as descobertas da equipe. A missão Hayabusa 2 da Agência de Exploração Aeroespacial Japonesa em Ryugu, um asteróide carbonáceo como Bennu, descobriram que Ryugu também carece de rególito fino e tem rochas altamente porosas. Por outro lado, A missão Hayabusa da JAXA ao asteróide Itokawa em 2005 revelou regolito fino abundante na superfície de Itokawa, um asteróide do tipo S com rochas de uma composição diferente de Bennu e Ryugu. Um estudo anterior de Cambioni e seus colegas forneceu evidências de que as rochas de Itokawa são menos porosas do que as de Bennu e Ryugu, usando observações da Terra.

"Por décadas, astrônomos contestaram que pequena, asteróides próximos à Terra podem ter superfícies de rocha nua. A evidência mais indiscutível de que esses pequenos asteróides poderiam ter regolito fino substancial emergiu quando a espaçonave visitou os asteróides do tipo S Eros e Itokawa na década de 2000 e encontrou regolito fino em suas superfícies, "disse o co-autor do estudo Marco Delbo, diretor de pesquisa do CNRS, também no Laboratório Lagrange.

A equipe prevê que grandes faixas de regolito fino devem ser incomuns em asteróides carbonáceos, que são os mais comuns de todos os tipos de asteróides e acredita-se que tenham rochas de alta porosidade como o Bennu. Em contraste, terrenos ricos em regolito fino devem ser comuns em asteróides do tipo S, que são o segundo grupo mais comum no sistema solar, e são considerados mais densos, rochas menos porosas do que asteróides carbonosos.

"Esta é uma peça importante no quebra-cabeça que impulsiona a diversidade das superfícies dos asteróides. Os asteróides são considerados fósseis do sistema solar, então, compreender a evolução pela qual passaram no tempo é crucial para compreender como o sistema solar se formou e evoluiu, "disse Cambioni." Agora que sabemos esta diferença fundamental entre asteróides carbonáceos e do tipo S, as futuras equipes podem preparar melhor as missões de coleta de amostras, dependendo da natureza do asteróide alvo. "

A Universidade do Arizona lidera a equipe científica OSIRIS-REx e o planejamento de observação científica e processamento de dados da missão. Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, fornece gerenciamento de missão geral, Engenharia de sistemas, e a segurança e garantia de missão para OSIRIS-REx. Espaço Lockheed Martin em Littleton, Colorado, construiu a nave espacial e fornece operações de vôo. Goddard e KinetX Aerospace são responsáveis ​​por navegar na espaçonave OSIRIS-REx. OSIRIS-REx é a terceira missão do Programa de Novas Fronteiras da NASA, administrado pelo Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, para a Diretoria de Missão Científica da agência em Washington, D.C.