Le relief remarquable de l’astéroïde Bennu. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Les scientifiques pensaient que la surface de Bennu ressemblait à une plage de sable, abondante en sable fin et en galets, ce qui aurait été parfait pour collecter des échantillons. Les observations antérieures du télescope depuis la Terre avaient suggéré la présence de larges bandes de matériau à grains fins plus petits que quelques centimètres, appelées régolithes fins. Mais quand Nasa‘s OSIRIS-REx la mission est arrivée à Bennu fin 2018, la mission a vu une surface couverte de rochers. Le manque mystérieux de régolithe fin est devenu encore plus surprenant lorsque les scientifiques de la mission ont observé des preuves de processus potentiellement capables de broyer des rochers en un régolithe fin.
Nouvelle recherche, publiée dans La nature et dirigé par Saverio Cambioni, de l’Université de l’Arizona, a utilisé l’apprentissage automatique et les données de température de surface pour résoudre le mystère. Cambioni a mené la recherche au laboratoire lunaire et planétaire de l’université. Lui et ses collègues ont finalement découvert que les roches très poreuses de Bennu étaient responsables du manque surprenant de régolithe fin de la surface.
Cette image montre la grande variété de formes, de tailles et de compositions de rochers trouvés sur l’astéroïde Bennu. Elle a été prise par la caméra PolyCam du vaisseau spatial OSIRIS-REx de la NASA le 28 mars 2019, à une distance de 2,1 miles (3,4 km). Le champ de vision est de 162,7 pieds (49,6 m). Pour l’échelle, le gros rocher de couleur claire en haut de l’image mesure 4,8 m (15,7 pi). Crédit : ASA/Goddard/Université de l’Arizona
“Le ‘REx’ dans OSIRIS-REx signifie Regolith Explorer, donc la cartographie et la caractérisation de la surface de l’astéroïde était un objectif principal”, a déclaré le co-auteur de l’étude et chercheur principal d’OSIRIS-REx, Dante Lauretta, professeur régent en sciences planétaires à l’Université de l’Arizona. « Le vaisseau spatial a collecté des données à très haute résolution pour toute la surface de Bennu, qui était descendue à 3 millimètres par pixel à certains endroits. Au-delà de l’intérêt scientifique, le manque de régolithe fin est devenu un défi pour la mission elle-même, car le vaisseau spatial a été conçu pour collecter de tels matériaux.
Un départ difficile et des réponses solides
« Lorsque les premières images de Bennu sont arrivées, nous avons remarqué certaines zones où la résolution n’était pas assez élevée pour voir s’il y avait de petites roches ou de fins régolithes. Nous avons commencé à utiliser notre approche d’apprentissage automatique pour distinguer les régolithes fins des roches à l’aide de données d’émission thermique (infrarouges) », a déclaré Cambioni.
L’émission thermique du régolithe fin est différente de celle des roches plus grosses, car la taille de ses particules contrôle la première, tandis que la seconde est contrôlée par la porosité de la roche. L’équipe a d’abord construit une bibliothèque d’émissions thermiques associées à des régolithes fins mélangés dans différentes proportions avec des roches de porosités diverses. Ensuite, ils ont utilisé des techniques d’apprentissage automatique pour enseigner à un ordinateur comment « relier les points » entre les exemples, a déclaré Cambioni. Ils ont analysé 122 zones à la surface de Bennu, qui ont été observées de jour comme de nuit.
“Seul l’apprentissage automatique pourrait explorer efficacement un ensemble de données aussi volumineux”, a déclaré Cambioni.
Cette mosaïque de Bennu a été créée à l’aide d’observations faites par le vaisseau spatial OSIRIS-REx de la NASA qui était à proximité de l’astéroïde pendant plus de deux ans. Crédit : NASA/Goddard/Université de l’Arizona
Cambioni et ses collaborateurs ont trouvé quelque chose de surprenant lorsque l’analyse des données a été achevée : le régolithe fin n’a pas été distribué au hasard sur Bennu. Au lieu de cela, il atteignait plusieurs dizaines de pour cent dans les très rares zones où les roches ne sont pas poreuses, et systématiquement plus bas là où les roches ont une porosité plus élevée, ce qui représente la majeure partie de la surface.
L’équipe a conclu que très peu de régolithe fin est produit à partir des roches très poreuses de Bennu parce qu’elles sont comprimées plutôt que fragmentées par les impacts de météorites. Comme une éponge, les vides dans les roches amortissent le coup des météorites entrants. Ces résultats sont également en accord avec les expériences de laboratoire d’autres groupes de recherche.
“Fondamentalement, une grande partie de l’énergie de l’impact sert à écraser les pores limitant la fragmentation des roches et la production de nouveaux régolithes fins”, a déclaré la co-auteur de l’étude Chrysa Avdellidou, chercheuse postdoctorale au Centre national français de la science. Recherche (CNRS) – Laboratoire Lagrange de l’Observatoire et Université de la Côte d’Azur en France. De plus, Cambioni et ses collègues ont montré que la fissuration causée par le chauffage et le refroidissement des roches de Bennu lors de la rotation de l’astéroïde jour et nuit se produisait plus lentement dans les roches poreuses que dans les roches plus denses, frustrant davantage la production de régolithe fin.
Cette image montre une vue de la surface de l’astéroïde Bennu dans une région proche de l’équateur. Elle a été prise par la caméra PolyCam du vaisseau spatial OSIRIS-REx de la NASA le 21 mars 2019, à une distance de 3,5 km. Le champ de vision est de 158,5 pi (48,3 m). Pour l’échelle, la roche de couleur claire dans le coin supérieur gauche de l’image mesure 24 pieds (7,4 m) de large. Crédit : NASA/Goddard/Université de l’Arizona
“Lorsque OSIRIS-REx livrera son échantillon de Bennu (sur Terre) en septembre 2023, les scientifiques pourront étudier les échantillons en détail”, a déclaré Jason Dworkin, scientifique du projet OSIRIS-REx au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. “Cela comprend le test des propriétés physiques des roches pour vérifier cette étude.”
D’autres missions disposent de preuves à l’appui des conclusions de l’équipe. L’Agence japonaise d’exploration et d’aérospatiale (JAXA) La mission Hayabusa2 à Ryugu, un astéroïde carboné comme Bennu, a découvert que Ryugu manque également de régolithe fin et a des roches à haute porosité. Inversement, la mission Hayabusa de la JAXA en 2005 a révélé une abondance de régolithe fin à la surface de l’astéroïde Itokawa, un astéroïde de type S avec des roches d’une composition différente de celle de Bennu et Ryugu. Une étude précédente également de Cambioni et de ses collègues a fourni la preuve que ses roches sont moins poreuses que celles de Bennu et Ryugu en utilisant des observations de la Terre.
“Pendant des décennies, les astronomes ont contesté que les petits astéroïdes proches de la Terre puissent avoir des surfaces rocheuses nues”, a déclaré le co-auteur de l’étude Marco Delbo, directeur de recherche au CNRS, également au laboratoire Lagrange. “La preuve la plus indiscutable que ces petits astéroïdes pourraient avoir un régolithe fin substantiel est apparue lorsque le vaisseau spatial a visité les astéroïdes de type S Eros et Itokawa dans les années 2000 et a trouvé un régolithe fin sur leurs surfaces.”
L’équipe prédit que de grandes bandes de régolithe fin devraient être rares sur les astéroïdes carbonés, le plus commun de tous les types d’astéroïdes observés, et dont l’équipe s’attend à avoir des roches à haute porosité comme Bennu. En revanche, ils prédisent que les terrains riches en régolithe fin sont courants sur les astéroïdes de type S, le deuxième type d’astéroïdes le plus peuplé observé dans le système solaire, dont ils s’attendent à avoir des roches plus denses et moins poreuses que les astéroïdes carbonés.
“C’est une pièce importante dans le puzzle de ce qui détermine la diversité des surfaces des astéroïdes”, a déclaré Cambioni. « On pense que les astéroïdes sont des reliques du système solaire primitif, il est donc crucial de comprendre l’évolution qu’ils ont subie dans le temps pour comprendre comment le système solaire s’est formé et a évolué. Maintenant que nous connaissons cette différence fondamentale entre les astéroïdes carbonés et de type S, les futures équipes pourront mieux préparer les missions de prélèvement d’échantillons en fonction de la nature de l’astéroïde cible.
Pour en savoir plus sur cette découverte, lisez Les scientifiques surpris en surface de l’astéroïde Bennu – Voici la raison du mystérieux manque de régolithe fin.
Référence : « Fine-regolith production on assteroids control by rock porosity » par S. Cambioni, M. Delbo, G. Poggiali, C. Avdellidou, AJ Ryan, JDP Deshapriya, E. Asphaug, R.-L. Ballouz, MA Barucci, CA Bennett, WF Bottke, JR Brucato, KN Burke, E. Cloutis, DN DellaGiustina, JP Emery, B. Rozitis, KJ Walsh et DS Lauretta, 6 octobre 2021, Nature.
DOI : 10.1038 / s41586-021-03816-5
Cambioni poursuit ses recherches sur la diversité planétaire en tant que boursier postdoctoral distingué au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du Massachusetts Institute of Technology.
L’Université de l’Arizona dirige l’équipe scientifique OSIRIS-REx et la planification de l’observation scientifique et le traitement des données de la mission. Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, assure la gestion globale de la mission, l’ingénierie des systèmes et la sécurité et l’assurance de mission pour OSIRIS-REx. Lockheed Martin Space à Littleton, Colorado, a construit le vaisseau spatial et assure les opérations de vol. Goddard et KinetX Aerospace sont responsables de la navigation du vaisseau spatial OSIRIS-REx. OSIRIS-REx est la troisième mission du programme New Frontiers de la NASA, géré par le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, pour la direction des missions scientifiques de l’agence au siège de la NASA à Washington, DC
