Batuan berpori bertanggung jawab atas permukaan Bennu yang sangat kasar

Para ilmuwan percaya bahwa permukaan asteroid Bennu akan seperti pantai berpasir, berlimpah pasir halus dan kerikil, yang ideal untuk mengumpulkan sampel. Pengamatan teleskop sebelumnya dari orbit Bumi menunjukkan adanya area besar dari bahan berbutir halus yang disebut regolith yang lebih kecil dari beberapa sentimeter.

Tetapi ketika pesawat ruang angkasa misi Pengembalian Sampel Asteroid OSIRIS-REx NASA tiba di Bennu pada akhir 2018, tim misi melihat permukaan yang tertutup batu. Kurangnya regolit halus yang misterius menjadi lebih mengejutkan ketika para ilmuwan ekspedisi melihat bukti proses yang mampu menggiling batu menjadi regolit halus.

Penelitian baru diterbitkan di sifat pemarah Dipimpin oleh anggota tim ekspedisi Saverio Cambioni, ia menggunakan pembelajaran mesin dan data suhu permukaan untuk memecahkan misteri tersebut. Campione adalah mahasiswa pascasarjana di UArizona Lunar and Planetary Laboratory ketika penelitian dilakukan dan sekarang menjadi rekan postdoctoral terkemuka di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planet di MIT. Dia dan rekan-rekannya akhirnya menemukan bahwa batuan Bennu yang sangat berpori bertanggung jawab atas kurangnya regolit halus yang tiba-tiba di permukaan.

Rekan penulis studi dan peneliti utama OSIRIS-REx kata Dante Loretta, Profesor Ilmu Planet di Universitas Arizona. “Pesawat ruang angkasa mengumpulkan data resolusi tinggi untuk seluruh permukaan Bennu, yang kurang dari 3 mm per piksel di beberapa lokasi. Di luar kepentingan ilmiah, kurangnya regolith lunak menjadi tantangan bagi misi itu sendiri, karena pesawat ruang angkasa itu dirancang untuk mengumpulkan bahan ini.”

Untuk mengumpulkan sampel untuk kembali ke Bumi, pesawat ruang angkasa OSIRIS-REx dibangun untuk menavigasi area di Bennu seukuran tempat parkir sekitar 100 tempat duduk. Namun, karena banyaknya bebatuan, lokasi pengambilan sampel yang aman dikurangi menjadi sekitar lima tempat parkir. Pesawat ruang angkasa itu berhasil berkomunikasi dengan Bennu untuk mengumpulkan sampel material pada Oktober 2020.

Awal yang sulit, jawaban yang kuat

“Ketika gambar pertama Bennu keluar, kami melihat beberapa area di mana resolusinya tidak cukup tinggi untuk mengetahui apakah ada batu kecil atau regolit lunak. Kami mulai menggunakan pendekatan pembelajaran mesin kami untuk memisahkan regolit lunak dari batu menggunakan termal. (inframerah) data emisi,” kata Campione.

Emisi termal dari regolith halus berbeda dari batuan besar, karena yang pertama dikendalikan oleh ukuran partikelnya, sedangkan yang terakhir dikendalikan oleh porositas batuan. Tim awalnya membangun perpustakaan contoh emisi termal yang terkait dengan regolit halus yang dicampur dalam proporsi berbeda dengan batuan dengan porositas berbeda. Selanjutnya, mereka menggunakan teknik pembelajaran mesin untuk mengajari komputer cara “menghubungkan titik-titik” di antara contoh-contoh. Selanjutnya, mereka menggunakan perangkat lunak pembelajaran mesin untuk menganalisis emisi panas dari 122 area di permukaan Bennu yang diamati pada siang dan malam hari.

“Hanya algoritme pembelajaran mesin yang dapat secara efisien menjelajahi kumpulan data sebesar ini,” kata Campione.

Ketika analisis data selesai, Campioni dan rekan-rekannya menemukan sesuatu yang mengejutkan: regolit halus tidak tersebar secara acak di Benue, tetapi lebih rendah di mana batuan lebih berpori, yang hadir di sebagian besar permukaan.

Tim menyimpulkan bahwa sangat sedikit regolith yang dihasilkan oleh batuan Bennu yang sangat berpori karena batuan Bennu dikompresi daripada dipecah oleh dampak meteorit. Seperti spons, rongga di batu menahan pukulan meteorit yang masuk. Hasil ini juga konsisten dengan eksperimen laboratorium dari kelompok penelitian lain.

“Pada dasarnya, sebagian besar energi tumbukan digunakan untuk penghancuran pori, yang membatasi fragmentasi batu dan produksi regolit halus baru,” kata rekan penulis studi Chrysa Avdellidou, seorang peneliti pascadoktoral di Pusat Sains Nasional Prancis. Penelitian (CNRS) – Laboratorium Lagrange di Observatorium dan Universitas Côte d’Azur di Prancis.

Selain itu, rekahan yang disebabkan oleh pemanasan dan pendinginan batuan Bennu saat asteroid mengorbit pada siang dan malam hari bergerak lebih lambat di batuan berpori daripada di batuan yang lebih padat, yang selanjutnya menggagalkan produksi regolit halus.

“Ketika OSIRIS-REx mengirimkan sampelnya dari Bennu (ke Bumi) pada September 2023, para ilmuwan akan dapat mempelajari sampel secara detail,” kata Jason Dworkin, ilmuwan proyek OSIRIS-REx di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA. “Ini termasuk menguji sifat fisik batuan untuk memverifikasi penelitian ini.”

Misi lain memiliki bukti untuk mengkonfirmasi temuan tim. Misi Hayabusa 2 Badan Eksplorasi Luar Angkasa Jepang ke Ryugu, asteroid berkarbon seperti Bennu, menemukan bahwa Ryugu juga tidak memiliki regolit lunak dan memiliki batuan yang sangat berpori. Sebaliknya, misi Hayabusa JAXA ke asteroid Itokawa pada tahun 2005 mengungkapkan adanya asteroid yang ramping dan berlimpah di permukaan Itokawa, asteroid tipe S dengan komposisi batuan yang berbeda dari Bennu dan Ryugu. Sebuah studi sebelumnya oleh Campione dan rekan memberikan bukti bahwa batuan Itokawa kurang berpori dibandingkan batuan Bennu dan Ryugu, menggunakan pengamatan dari tanah.

“Selama beberapa dekade, para astronom berpendapat bahwa asteroid kecil dekat Bumi dapat memiliki permukaan berbatu yang telanjang. Bukti paling tak terbantahkan bahwa asteroid kecil ini dapat berisi regolith lunak besar muncul ketika asteroid tipe S mengunjungi pesawat ruang angkasa. Eros dan Itokawa pada tahun 2000-an dan ditemukan baik regolith di permukaannya, juga di lab Lagrange, kata rekan penulis studi Marco Delpo, direktur penelitian di CNRS.

Tim berspekulasi bahwa area regolith lunak yang luas seharusnya tidak umum pada asteroid berkarbon, yang merupakan jenis asteroid yang paling umum dan diyakini mengandung batuan yang sangat berpori seperti Bennu. Sebaliknya, medan yang kaya akan regolit lunak seharusnya umum ditemukan pada asteroid tipe S, yang merupakan kelompok paling umum kedua di Tata Surya dan diperkirakan mengandung batuan yang jauh lebih padat dan kurang berpori daripada asteroid karbonat.

“Ini adalah bagian penting dalam teka-teki yang mendorong keragaman permukaan asteroid. Asteroid dianggap sebagai fosil tata surya, jadi memahami evolusi yang mereka lalui dalam waktu sangat penting untuk memahami bagaimana tata surya terbentuk dan berevolusi. Sekarang bahwa kita tahu perbedaan itu, “kata Campione. Sebagai dasar antara asteroid berkarbon dan tipe S, tim masa depan dapat lebih mempersiapkan misi pengambilan sampel tergantung pada sifat asteroid target.”

University of Arizona memimpin tim sains OSIRIS-REx, merencanakan pengamatan ilmiah dan pemrosesan data dalam misi tersebut. Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, menyediakan manajemen misi yang komprehensif, rekayasa sistem, keselamatan, dan jaminan misi untuk OSIRIS-REx. Lockheed Martin Space Corporation dari Littleton, Colorado membangun pesawat ruang angkasa dan menyediakan operasi penerbangan. Goddard dan KinetX Aerospace bertanggung jawab atas navigasi pesawat luar angkasa OSIRIS-REx. OSIRIS-REx adalah misi ketiga dalam Program Perbatasan Baru NASA, yang dikelola oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, untuk Direktorat Misi Sains badan tersebut di Washington, DC.