岩石活着的地方:Osiris-rex观察一场行动的小行星

经过|2020年9月10日

在学习小行星奔夜关闭时,美国宇航局的Osiris-rex航天器目睹了从表面上踢起来的定期爆发;专门的观察​​活动透露了活动的细节。

2019年1月19日,小行星“Bennu”从其表面喷射出粒子。图片来源:美国宇航局/戈达德/亚利桑那大学/洛克希德马丁公司

这是5点到某个地方。虽然在地球上,“欢乐时光”通常与蜿蜒缠绕和可选的冷饮饮料有关,即在亚利桑那大学的伊斯利里斯 - 雷克斯欧洲航空航天局使命的日定目的小行星出现奔纳。

在今天出版的研究论文的特殊集合地球物理研究杂志:行星奥西里斯 - 雷克斯科学团队报告了详细的观察,详细观察本纳定期脱落材料,最常见于本纳本地两小时下午和傍晚的时间框架。

“OSIRIS-REx”宇宙飞船首次为行星科学家提供了近距离观察这种活动的机会,而“Bennu”活跃的表面强调了小行星是相当动态的世界这一新兴景象。这些逃逸的粒子是许多启示的开始——从它的引力场到它的内部组成,Bennu的魅力继续为团队展现。

该出版物首次深入研究了Bennu的粒子抛射事件的本质,详细介绍了研究这些现象的方法,并讨论了导致小行星向太空释放自身碎片的可能机制。

The OSIRIS-REx spacecraft will grab a sample from the surface of Bennu in October and return it to Earth on Sept. 24, 2023. The first observation of particles popping off the asteroid’s surface was made in January 2019, mere days after the spacecraft arrived at Bennu. This event may have gone completely unnoticed were it not for the keen eye of the mission’s lead astronomer Carl Hergenrother, a scientist in the UArizona Lunar and Planetary Laboratory and one of the lead authors of the collection and its introductory paper.

几个世纪以来的海洋探险家类似,奥斯里斯 - 雷克斯空间探头依靠星星来修复其在空间中的位置,并在长期航行期间留在课程。船上的专门导航相机宇宙飞船拍摄了背景星的重复图像。通过交叉引用星座,航天器与编程的星形图表“看到”,并且可以根据需要进行课程校正。

Hergenrother在这些图像上很有困扰,即当有些东西引起了他们的注意时,航天器已经被射门回到了地球上。图像显示小行星映衬着黑色天空,用许多明星点缀 - 除了似乎太多了。

“我正在看着这些图像中的明星模式,并认为'嗯,我不记得星团,”“Hergenrother说。“我只注意到它是因为有200点光在那里应该有大约10颗星。除此之外,它看起来只是一个密集的天空。“

近距离观察和图像处理技术的应用解决了这个谜团:“星团”实际上是一团从小行星表面喷射出来的微小粒子云。宇宙飞船的后续观察揭示了物体在画面中移动时的典型条纹,将它们与背景恒星分开,这些恒星由于距离遥远而看起来是静止的。

“我们认为Bennu的博尔德覆盖的表面是小行星的野集发现,但这些粒子事件绝对惊讶我们,”奥西里斯 - 雷克斯校长调查员和教授在Uarizona Lunar和行星实验室说。“我们花了去年调查了Bennu的积极表面,它为我们提供了一个显着的机会,以扩大我们对广场运动的表现方式。”

自从到达小行星以来,该团队已经观察并追踪了Bennu上的300多个粒子喷射事件。据作者称,一些颗粒逃逸到太空中,其他颗粒短暂地向小行星轨道轨道,大部分落在推出后倒回它的表面。

使用NASA的Osiris-rex Mission收集的数据,该视频动画显示了在小行星Bennu的表面排放后粒子的轨迹。动画强调在2018年12月至2019年9月在本纳检测到的四种最大的粒子喷射事件。另外的颗粒,一些与射血无关的寿命也是可见的。(信誉:M. Brozovic / JPL / CALTECH / NASA / Asizona大学)

航天器配备了一套复杂的电子眼睛 - 触摸和转向相机套件或标签卡。虽然其主要目的是有助于航天器导航,但现在已经将Tagcams陷入了活跃的占空比,在小行星附近发现任何颗粒。

利用UArizona的Catalina Sky Survey开发的软件算法,该公司专门通过探测背景恒星的运动来发现和跟踪近地小行星,OSIRIS-REx团队发现Bennu喷发出的最大粒子直径约为6厘米(2英寸)。由于它们的体积小、速度慢——就像一簇小石子在超慢的运动中——任务团队并不认为这些颗粒对飞船构成威胁。

“空间是如此空,即使小行星扔掉了数百个粒子,就像我们在一些事件中看到的那样,那些击中航天器的人的机会非常小,即使是这种情况,即使是发生的,绝大多数也是如此他们不足以造成伤害,造成损坏,“他们说。

2019年1月至9月期间,为了检测和跟踪小行星喷射出的物质,科学家进行了多次观测活动,共研究了668个粒子,其中绝大多数粒子的长度在0.5至1厘米(0.2-0.4英寸)之间,移动速度约为每秒20厘米(8英寸)。就像一只甲虫在地面上奔跑一样快或一样慢。在一个例子中,一个快速的异常值被测为每秒3米(9.8英尺)。

研究人员平均每天观察到一到两个上升的粒子,其中大部分物质会落回小行星上。Hergenrother解释说,再加上小的颗粒尺寸,质量损失变得最小。

他说:“为了给你一个想法,我们在抵达后在第一次活动中观察到的那些200粒粒子将适合4英寸距4英寸瓦片,”他说。“我们甚至可以看到它们的事实是我们相机能力的证明。”

作者们研究了可能导致这种现象的各种机制,包括释放的水蒸气、被称为流星体的小型太空岩石的撞击和热应力导致的岩石破裂。后两种机制被发现是最有可能的驱动力,证实了基于太空任务之前的地面观测对“Bennu”环境的预测。

由于Bennu完成了一次大约每四个小时的旋转,因此其表面上的巨石暴露于恒定的热循环,因为它们在白天热量加热并在夜间冷却。随着时间的推移,岩石裂缝和分解,最终可能从表面抛出颗粒。在下午晚些时候在较高的频率下观察到颗粒喷射的事实,当岩石加热时,提出热裂纹是主要驱动器。事件的定时也与青菱形撞击的时序一致,表明这些小撞击可能会从表面投掷材料。这些过程中的任何一种或两者都可以驱动粒子喷射,并且由于小行星的微匍匐环境,它不会需要大量的能量来发射来自Bennu的表面的物体。

“The particles were an unexpected gift for gravity science at Bennu since they allowed us to see tiny variations in the asteroid’s gravity field that we would not have known about otherwise,” said Steve Chesley, lead author of one of the studies published in the collection and senior research scientist at NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Southern California. “The trajectories show that the interior of Bennu is not uniform. Instead, there are pockets of higher and lower density material inside the asteroid.”

在该小组观察到的粒子中,一些粒子有亚轨道轨道,在回到地面之前会在高空停留几个小时,而另一些粒子则会飞离小行星,进入自己围绕太阳的轨道。

在一个例子中,团队跟踪了一个粒子,因为它圈出了几乎一周的小行星。根据Hergenrother的说法,宇宙飞船的相机甚至目睹了Ricochet。

“一粒粒子下来,击中了一块巨石,然后回到轨道上,”他说。“如果Bennu有这种活动,那么所有的小行星都有很好的机会,这真是令人兴奋。”

随着Bennu越来越多地展示自己,OSIRIS-REx团队继续发现这个小世界非常复杂。这些发现可以作为未来行星任务的基石,以寻求更好地描述和理解这些小天体的行为和进化。

参考文献:C. W. Hergenrother等,特别问题介绍:小行星(101955)Bennu的活动探索,JGR行星(2020)。DOI:10.1029 / 2020JE006549

亚利桑那大学提供的新闻稿