Les scientifiques de la mission OSIRIS-REx pensaient que l’échantillonnage d’un morceau de Bennu serait comme une promenade sur la plage, mais la surface étonnamment escarpée s’est avérée plus difficile. Crédit : NASA/Goddard/Université de l’Arizona
En utilisant les données de Nasa OSIRIS-REx mission, une équipe de scientifiques dirigée par l’Université de l’Arizona a conclu que les astéroïdes avec des roches très poreuses, comme Bennu, devraient manquer de matériau à grain fin à leur surface.
Les scientifiques pensaient que la surface de l’astéroïde Bennu ressemblerait à une plage de sable, abondante en sable fin et en galets, ce qui aurait été parfait pour collecter des échantillons. Des observations antérieures au télescope depuis l’orbite terrestre avaient suggéré la présence de larges bandes de matériau à grains fins appelés régolithes fins, d’une taille inférieure à quelques centimètres.
Mais lorsque le vaisseau spatial de la mission de retour d’échantillons d’astéroïdes OSIRIS-REx de l’Université d’Arizona de la NASA est arrivé à Bennu fin 2018, l’équipe de 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 capables de broyer des rochers en un régolithe fin.
Nouvelle recherche, publiée dans La nature et dirigé par le membre de l’équipe de mission Saverio Cambioni, a utilisé l’apprentissage automatique et les données de température de surface pour résoudre le mystère. Cambioni était un étudiant diplômé du Laboratoire lunaire et planétaire de l’UArizona lorsque la recherche a été menée et est maintenant chercheur postdoctoral distingué au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du Massachusetts Institute of Technology. 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.
“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.
Pour collecter un échantillon à retourner sur Terre, le vaisseau spatial OSIRIS-REx a été construit pour naviguer dans une zone de Bennu à peu près de la taille d’un parking de 100 places. Cependant, en raison de nombreux rochers, le site d’échantillonnage sécuritaire a été réduit à environ la taille de cinq places de stationnement. Le vaisseau spatial a réussi à entrer en contact avec Bennu pour collecter des échantillons de matériel en octobre 2020.
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 séparer le régolithe fin 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 première est contrôlée par la taille de ses particules, tandis que la seconde est contrôlée par la porosité de la roche. L’équipe a d’abord construit une bibliothèque d’exemples d’émissions thermiques associées à des régolithes fins mélangés dans différentes proportions avec des roches de porosité variable. Ensuite, ils ont utilisé des techniques d’apprentissage automatique pour enseigner à un ordinateur comment « relier les points » entre les exemples. Ensuite, ils ont utilisé le logiciel d’apprentissage automatique pour analyser l’émission thermique de 122 zones à la surface de Bennu observées à la fois pendant la journée et la nuit.
“Seul un algorithme d’apprentissage automatique pourrait explorer efficacement un ensemble de données aussi volumineux”, a déclaré Cambioni.
Une fois l’analyse des données terminée, Cambioni et ses collaborateurs ont trouvé quelque chose de surprenant : le régolithe fin n’était pas distribué au hasard sur Bennu mais était plutôt plus bas là où les roches étaient plus poreuses, c’est-à-dire sur la majeure partie de la surface.
L’équipe a conclu que très peu de régolithe fin est produit par les roches très poreuses de Bennu parce que ces roches sont comprimées plutôt que fragmentées par les impacts de météorites. Comme une éponge, les vides dans les roches amortissent le coup des météores 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, la fissuration causée par le chauffage et le refroidissement des roches de Bennu lors de la rotation de l’astéroïde jour et nuit se produit plus lentement dans les roches poreuses que dans les roches plus denses, frustrant davantage la production de régolithe fin.
« 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. “Cela comprend le test des propriétés physiques des roches pour vérifier cette étude.”
D’autres missions ont des preuves pour confirmer les conclusions de l’équipe. La mission Hayabusa 2 de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale à Ryugu, un astéroïde carboné comme Bennu, a découvert que Ryugu manquait également de régolithe fin et avait des roches très poreuses. Inversement, JAXALa mission Hayabusa de Hayabusa sur l’astéroïde Itokawa en 2005 a révélé une abondante régolite fine à la surface d’Itokawa, un astéroïde de type S avec des roches d’une composition différente de celle de Bennu et Ryugu. Une étude précédente de Cambioni et de ses collègues a prouvé que les roches d’Itokawa 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 géocroiseurs puissent avoir des surfaces rocheuses nues. La preuve la plus indiscutable que ces petits astéroïdes pourraient avoir un régolithe fin substantiel est apparue lorsque des engins spatiaux ont visité les astéroïdes de type S Eros et Itokawa dans les années 2000 et ont trouvé un régolithe fin à leur surface », a déclaré le co-auteur de l’étude Marco Delbo, directeur de recherche au CNRS, également au Laboratoire Lagrange.
L’équipe prédit que de grandes bandes de régolithe fin devraient être rares sur les astéroïdes carbonés, qui sont les plus courants de tous les types d’astéroïdes et dont on pense qu’ils ont des roches à haute porosité comme Bennu. En revanche, les terrains riches en régolithe fin devraient être communs sur les astéroïdes de type S, qui sont le deuxième groupe le plus commun dans le système solaire, et on pense qu’ils ont des roches plus denses et moins poreuses que les astéroïdes carbonés.
« Il s’agit d’une pièce importante dans le puzzle de ce qui détermine la diversité des surfaces des astéroïdes. Les astéroïdes sont considérés comme des fossiles du système solaire, 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 », a déclaré Cambioni. “Maintenant que nous connaissons cette différence fondamentale entre les astéroïdes carbonés et de type S, les futures équipes peuvent mieux préparer les missions de collecte d’échantillons en fonction de la nature de l’astéroïde cible.”
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
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 à Washington, DC
