Resuelto el misterio de las rocas del asteroide Benu

La nave espacial OSIRIS-REx y su instrumento PolyCam recolectaron 12 imágenes para hacer este mosaico del asteroide Benu el 2 de Diciembre de 2018. La nave espacial estaba a solo 15 millas (24 km) del asteroide. Los científicos se sorprendieron al ver la superficie de Benu sembrada de rocas. 
Crédito Imagen: NASA / University of Arizona.

¿Por qué el asteroide Benu, cercano a la Tierra, tiene tantas rocas en su superficie? 

Antes de finales de 2018, cuando la nave espacial OSIRIS-REx de la NASA visitó Benu, los científicos esperaban que el asteroide tuviera una superficie cubierta total o parcialmente con un fino regolito de arena y guijarros. De hecho, el ‘REx‘ en OSIRIS-REx significa ‘Regolith Explorer‘. Pero OSIRIS-REx encontró la superficie de Benu sembrada de cantos rodados y grandes rocas. Este mes (21 de Octubre de 2021), los científicos anunciaron que ahora podrían tener una respuesta al misterio de las rocas del asteroide Benu.

El nuevo estudio, publicado en la revista revisada por pares Nature el 6 de Octubre de 2021, proviene de la Universidad de Arizona. El estudio sugiere que las rocas porosas son responsables de la falta de regolito fino en la superficie de Bennu.

El misterio de las rocas del asteroide Bennu: rocas pero no arena

Los científicos habían pensado que Benu estaría cubierto de regolito fino. Las imágenes en primer plano de una nave espacial la mostraron casi completamente cubierta por grandes rocas. ¿Cómo es posible? Como explicó el coautor e investigador principal de OSIRIS-REx, Dante Lauretta, en una declaración de la NASA:

… «El mapeo y la caracterización de la superficie del asteroide fue un objetivo principal. La nave espacial recopiló datos de muy alta resolución para toda la superficie de Benu, que se redujo a 3 milímetros [1/10 de pulgada] por píxel en algunos lugares. Más allá del interés científico, la falta de regolito fino se convirtió en un desafío para la misión en sí, porque la nave espacial fue diseñada para recolectar dicho material.«

Esta vista cercana muestra la superficie de Benu cubierta de grandes rocas y cantos rodados, con poco o ningún regolito fino. 
Esta foto fue tomada por OSIRIS-REx el 21 de Marzo de 2019.

Crédito Imagen: NASA / Goddard / University of Arizona.

Aprendizaje automático

Saverio Cambioni, de la Universidad de Arizona y del MIT y autor principal del nuevo artículo, intentó resolver el misterio utilizando aprendizaje automático y datos de temperatura. Él dijo:

«Cuando llegaron las primeras imágenes de Benu, notamos algunas áreas donde la resolución no era lo suficientemente alta como para ver si había rocas pequeñas o regolitos finos. Comenzamos a utilizar nuestro enfoque de aprendizaje automático para distinguir el regolito fino de las rocas utilizando datos de emisión térmica (infrarrojos). Solo el aprendizaje automático podría explorar de manera eficiente un conjunto de datos tan grande.«

La radiación térmica, o radiación de calor, ayudó a los científicos a diferenciar entre un regolito fino y rocas y cantos rodados más grandes en Benu. La radiación térmica es emitida por una superficie calentada en todas direcciones. Benu, cuya órbita alrededor del Sol está en la misma región del Sistema Solar que la de la Tierra (de ahí la etiqueta de asteroide cercano a la Tierra) se acerca un poco más al Sol en su punto más cercano que la Tierra. El nombre de este asteroide, Benu, se relaciona con un antiguo pájaro mitológico egipcio asociado con el Sol, la creación y el renacimiento. Así como la Tierra se calienta con el Sol, Benu también. La radiación térmica reemitida es lo que permitió a los científicos resolver el misterio de las rocas.

Ayudó porque la radiación térmica del regolito fino es diferente a la de las rocas más grandes. En el regolito fino, el tamaño de las partículas controla la emisión térmica. Pero, en rocas más grandes, la porosidad de las rocas controla esta emisión.

Para sus pruebas, los investigadores crearon una biblioteca de muestras de emisiones térmicas, basadas en diferentes combinaciones de regolito fino y rocas porosas. Luego, el aprendizaje automático «conectó los puntos» entre las muestras.

En total, se analizaron 122 áreas de Benu de esta manera, tanto de día como de noche.

Cuando la nave espacial OSIRIS-REx de la NASA llegó al asteroide Benu en diciembre de 2018, sus imágenes en primer plano confirmaron lo que los planificadores de la misión habían predicho casi dos décadas antes: Benu está hecho de material suelto débilmente agrupado por la gravedad y tiene la forma de una peonza giratoria. Esta importante validación, sin embargo, estuvo acompañada de una gran sorpresa.Los científicos esperaban que la superficie de Benu consistiera en material de grano fino como una playa de arena, pero en cambio fueron recibidos por un mundo accidentado lleno de rocas: del tamaño de automóviles, del tamaño de casas, del tamaño de campos de fútbol. Ahora, gracias a los datos altimétricos láser y las imágenes de alta resolución de OSIRIS-REx, podemos hacer un recorrido por el extraordinario terreno de Benu.
Crédito: NASA Goddard Space Flight Center

Sorpresas en Benu

Los resultados sorprendieron a los investigadores. El fino regolito no se distribuyó simplemente al azar en la superficie del asteroide. Más bien, hubo un aumento de varias decenas de por ciento en las pocas áreas donde las rocas no son porosas. Sin embargo, fue menor en regiones de rocas altamente porosas (la mayor parte de la superficie).

Los científicos dicen que esto significa que las rocas porosas de Bennu producen muy poco regolito. Esto se debe a que las rocas están comprimidas en lugar de romperse por los impactos de meteoroides. Los huecos en las rocas actúan como un cojín, ayudando a proteger las rocas de los impactos. En esencia, las rocas están autoprotegidas hasta cierto punto contra los impactos. Como comentó la coautora Chrysa Avdellidou, científica del Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS) y el Laboratorio Lagrange del Observatorio y Universidad Côte d’Azur en Francia:

Básicamente, una gran parte de la energía del impacto se destina a aplastar los poros restringiendo la fragmentación de las rocas y la producción de nuevo regolito fino.

Cambioni y sus colegas también demostraron que el agrietamiento causado por el calentamiento y enfriamiento de las rocas de Benu avanza más lentamente en rocas porosas que en rocas más densas. Esto sucede cuando el asteroide gira día y noche e impide aún más la producción de regolito fino.

Jason Dworkin, científico del proyecto OSIRIS-REx en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, agregó:

Cuando OSIRIS-REx entregue su muestra de Benu (a la Tierra) en Septiembre de 2023, los científicos podrán estudiar las muestras en detalle. Esto incluye probar las propiedades físicas de las rocas para verificar este estudio.

La nueva investigación sobre las rocas de Bennu fue dirigida por Saverio Cambioni en el MIT y la Universidad de Arizona. 
Crédito Imagen: Google Sites.

Diferentes tipos de asteroides.

Los hallazgos son consistentes con los de otros asteroides y destacan las diferencias entre los diferentes tipos de asteroides. Por ejemplo, Ryugu es un asteroide carbonoso de tipo B rico en carbono, como Bennu. También está cubierto de rocas porosas y carece de regolito fino. Esos resultados provienen de la misión Hayabusa2 de Japón.

En contraste, Itokawa, un asteroide pedregoso de tipo S visitado por la anterior misión Hayabusa en 2005, tiene abundante regolito fino en su superficie. De acuerdo con eso, un estudio anterior encontró que sus rocas son menos porosas que las de Bennu y Ryugu.

Como dijo el coautor Marco Delbo del CNRS y Lagrange Laboratory:

Durante décadas, los astrónomos disputaron que los pequeños asteroides cercanos a la Tierra pudieran tener superficies de roca desnuda. La evidencia más indiscutible de que estos pequeños asteroides podrían tener un regolito fino sustancial surgió cuando la nave espacial visitó los asteroides de tipo S Eros e Itokawa en la década de 2000 y encontró un regolito fino en sus superficies.

Extrapolando los resultados a otros asteroides

Los hallazgos sugieren fuertemente una distinción clave entre asteroides carbonosos y de tipo S. Con base en esto, los investigadores ahora predicen que en futuras observaciones de otros asteroides, los asteroides carbonosos estarán en gran parte libres de regolitos finos. En los asteroides de tipo S, sin embargo, el regolito fino debería ser común.

 Los asteroides carbonosos son los más comunes en el Sistema Solar. Según Cambioni:

Esta es una pieza importante en el rompecabezas de lo que impulsa la diversidad de superficies de asteroides. Se cree que los asteroides son reliquias del Sistema Solar temprano, por lo que comprender la evolución que han experimentado en el tiempo es crucial para comprender cómo se formó y evolucionó el Sistema Solar. Ahora que conocemos esta diferencia fundamental entre los asteroides carbonosos y los de tipo S, los equipos futuros pueden preparar mejor las misiones de recolección de muestras dependiendo de la naturaleza del asteroide objetivo.

Como también se señaló en el documento:

Inferimos que las mantas de regolitos son poco comunes en los asteroides carbonosos, que son el tipo de asteroide más numeroso. Por el contrario, estos terrenos deberían ser comunes en los asteroides pedregosos, que tienen rocas menos porosas y son el segundo grupo más poblado por composición.

El asteroide Itokawa, visto por la nave espacial japonesa Hayabusa en 2005. Si bien tiene rocas en su superficie, carece de las rocas más grandes y está cubierto de regolito fino similar a la arena. 
Crédito Imagen:
Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA).
Eros, visto por la nave espacial NEAR de la NASA, es otro asteroide pedregoso de tipo S con regolito fino y prácticamente sin rocas. 
Crédito Imagen:
NASA / JPL.

Un mundo primitivo con agua ancestral y materia orgánica.

Bennu es una antigua reliquia que quedó de la formación del Sistema Solar. OSIRIS-Rex encontró evidencia  de  minerales hidratados en su superficie. Esto apunta a agua antigua, probablemente en el cuerpo principal más grande del que se desprendió Benu. Al ser rico en carbono, también se cree que Bennu tiene compuestos orgánicos en su superficie, los precursores de la vida.

OSIRIS-Rex está ahora en camino de regreso a la Tierra. Se espera que la cápsula de retorno de muestras, con sus preciosas muestras de Benu, aterrice el 24 de Septiembre de 2023.

En pocas palabras: en una sorpresa para los científicos, que la nave espacial OSIRIS-REx encontró el asteroide Benu cubierto de rocas, no un regolito de arena fina como se esperaba. Un nuevo estudio dice que esto se debe a que las rocas de Benu son muy porosas.

El paper

Cambioni, S., Delbo, M., Poggiali, G. et al. ‘Fine-regolith production on asteroids controlled by rock porosity.’  Nature 598, 49–52 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03816-5.

Fuente: EarthSky

Publicación basada en el artículo:NASA Mission Helps Solve a Mystery: Why Are Some Asteroid Surfaces Rocky? Mikayla Mace Kelley.’ NASA Goddard Space Flight Center. October 21, 2021.

Artículo original: ‘Asteroid Bennu’s boulder mystery solved‘. Paul Scott Anderson. EarthSky. October 27, 2021.

Material relacionado

Sobre Bennu y la Misión Osiris-Rex:

La página de la Misión, del Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona:

Una descripción completa de la misión junto a los sucesivos acontecimientos y resultados durante la misma, se encuentran en:

Estudiando la accidentada superficie del asteroide Benu

Se acerca el intento de recolección de muestras Touch-And-Go de la nave espacial OSIRIS-REx de la NASA. Los científicos del Southwest Research Institute han ayudado a determinar qué se puede esperar de la muestra de la superficie del asteroide Benu. Los científicos del SwRI también desempeñaron un papel en la selección del sitio de muestra, incluido el sitio principal Nightingale que se muestra aquí.
Crédito: NASA / Goddard / University of Arizona.

Los científicos del Southwest Research Institute han ayudado a determinar qué se puede esperar de la muestra de la superficie del asteroide Benu. Tres artículos fueron publicados en línea por Science el 8 de Octubre. Discuten el color, la reflectividad, la edad, la composición, el origen y la distribución de los materiales que componen la superficie rugosa del asteroide.

OSIRIS-REx descubre que la luz solar puede romper rocas en el asteroide Benu.

Ejemplos de desagregación (arriba) y fracturas lineales (abajo) en rocas en el asteroide Benu a partir de imágenes tomadas por la nave espacial OSIRIS-REX de la NASA. En la fila inferior, las orientaciones de fractura son (d) oeste-noroeste a este-sureste y (e, f) norte a sur. Descargar versión no anotada.
Créditos: NASA / Goddard / Universidad de Arizona.

Los asteroides no solo se sientan allí sin hacer nada mientras orbitan el Sol. Son bombardeados por meteoritos, destruidos por la radiación espacial, y ahora, por primera vez, los científicos están viendo evidencia de que incluso un poco de Sol puede desgastarlos.

Las rocas en el asteroide Benu parecen agrietarse cuando la luz del Sol los calienta durante el día y se enfrían por la noche, según imágenes de la nave espacial OSIRIS-REx (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security – Regolith Explorer ) de la NASA.

«Esta es la primera vez que la evidencia de este proceso, llamada fractura térmica, se ha observado definitivamente en un objeto sin atmósfera», dijo Jamie Molaro, del Instituto de Ciencia Planetaria, Tucson, Arizona, autor principal de un artículo que aparece en Nature Communications, el 9 de Junio.

«Es una pieza de un rompecabezas que nos dice cómo era la superficie y cómo será dentro de millones de años».

Las cicatrices de un asteroide cuentan historias de su pasado

Esta imagen muestra cuatro vistas del asteroide Benu junto con un mosaico global correspondiente. Las imágenes fueron tomadas el 2 de Diciembre de 2018 por la cámara PolyCam de la nave espacial OSIRIS-REx. Polycam es parte del conjunto de instrumentos OCAMS diseñado por científicos e ingenieros de la Universidad de Arizona, (UArizona).
Crédito: NASA / Goddard / Universidad de Arizona.

Al estudiar las marcas de impacto en la superficie del asteroide Benu, un equipo de investigadores ha descubierto el pasado del asteroide. Además revelaron que, a pesar de formarse hace cientos de millones de años, Benu entró al vecindario de la Tierra solo recientemente. 

El estudio , publicado en la revista Nature, proporciona un nuevo punto de referencia para comprender la evolución de los asteroides. Ofrece información sobre una población poco conocida de desechos espaciales peligrosos para las naves espaciales y mejora la comprensión por los científicos, del Sistema Solar.

¿Cuál es el origen de los asteroides Benu y Ryugu, y de su forma de trompo? 

Secuencia de imágenes que muestran la formación de un agregado por la reacumulación de fragmentos producidos durante la interrupción de un asteroide. Su forma final, cinco horas después del comienzo del proceso, es similar a la de Benu y Ryugu.
Crédito: Michel y col. / Nature Communications.

Un equipo de investigación internacional dirigido por Patrick Michel, Investigador del CNRS en el Laboratoire Lagrange (CNRS / Observatoire de la Côte d’Azur / Université Côte d’Azur) y Ronald-Louis Ballouz de la Universidad de Arizona, proponen una respuesta a esta pregunta en un artículo publicado en Nature Communications el 27 de Mayo de 2020. El siguiente artículo lo presenta y contiene recursos sobre el tema.

Curiosidades

¿Por qué el polvo de asteroides es tan negro?

El interior del contenedor de retorno de muestra traído desde ~ 300 millones de km de distancia como parte de la Misión Hayabusa-2. En el interior, los granos negros que parecen similares a los granos de café son en realidad granos diminutos extraídos del asteroide Ryugu. La misión de devolución de muestras fue un éxito, y ahora esperamos el análisis científico. 
Crédito: JAXA.

Desde los albores de la era espacial, obtuvimos la capacidad de escapar de las ataduras de la gravedad de nuestro planeta. Como resultado, nos hemos vuelto capaces de explorar el Sistema Solar, muestreando lunas, planetas e incluso asteroides y cometas directamente. En algunos casos incluso devolviendo esas muestras a la Tierra. Aunque fragmentos de asteroides y cometas han caído a la Tierra, no hay nada como tomar una muestra prístina y traerla a casa. Para sorpresa de muchos, la reciente muestra de asteroide devuelta por la sonda japonesa Hayabusa-2 es casi negra como boca de lobo. La publicación a continuación, explica la razón de ello, recorriendo el tema de los albedos de los asteroides y repasando varias de sus características.

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