Visitar objetos celestes y recuperar material se está volviendo un poco pedestre hoy en día. Parece que siempre estamos lanzando algo a alguna parte, aterrizando en algo o regresando a casa con un pedazo del cosmos.
La primera misión de recolección de muestras en el Programa New Frontiers (que nos dio New Horizons y Juno) es el Explorador de Regolito de Seguridad e Identificación de Recursos de Interpretación Espectral de Origen, u OSIRIS-REx. Con los datos de esta misión, esperamos comprender la evolución del sistema solar y potencialmente recopilar información sobre cómo podemos evitar que los esteroides potencialmente peligrosos impacten en la Tierra (carpeta de prensa, Graham).
Informe de Bennu
El objetivo 101995 Bennu fue encontrado el 11 de septiembre de 1999 por el proyecto de Investigación de Asteroides Cercanos a la Tierra del Laboratorio Lincoln. El nombre, elegido por los científicos principales, el Dr. Dante Lauretta, proviene de la mitología egipcia, Bennu es una deidad de la muerte y el renacimiento y, a menudo, se representa como una garza. Los asteroides pueden ser vistos como portadores de la muerte a través de impactos, pero también podrían ser vistos como portadores del renacimiento al sembrar objetos con materiales portadores de vida, por lo que el nombre es apropiado (Press Kit, Graham, Chang “NASA”).
A lo largo de los años, Bennu ha sido muy estudiado en las partes visible e infrarroja del espectro, y ahora está clasificado como un objeto cercano a la Tierra con una ruta potencialmente peligrosa que lo lleva cerca de la Tierra cada 6 años, según su período de 1,2 años alrededor del Sol (Ibíd. ).
Bennu, de unos 500 metros de ancho, tiene una forma aproximadamente esférica con una protuberancia ecuatorial. Su masa es de aproximadamente 73 mil millones de kilogramos y su densidad es de casi 1,3 gramos por centímetro cúbico (bastante cerca del carbón). Gira sobre su eje una vez cada 4,288 horas y se clasifica como un asteroide de tipo B (oscuro, de apariencia casi negra) (Press Kit, Strain, Graham, Chang “NASA”, Crane).
El asteroide fue elegido para una misión de muestra debido a su proximidad a la Tierra. Hace que maniobrar hacia él sea más fácil y ofrece una ruta más directa para que nos envíen los materiales. Es un objeto lo suficientemente grande como para tener una rotación lo suficientemente lenta como para permitir interacciones con él y así evitar que cualquier muestra de él salga volando sin control (Press Kit, Graham).
Sabemos por espectroscopia que es rico en carbono y, por lo tanto, debería ser uno de los objetos más antiguos del sistema solar. Debería ser una cápsula del tiempo, que nos permita ver cómo eran las cosas en el pasado, ya que los asteroides se consideran los componentes básicos del sistema solar (Ibíd.).
Objetivos de la misión
Los objetivos de OSIRIS-REx eran muchos. Los científicos esperan que nos devuelvan intacta una muestra exitosa, pero también queremos aprender más sobre Bennu mientras estemos allí. Un análisis espectral y un mapeo de la superficie permitieron saber qué hay allí y su composición. Otro objetivo importante fue medir el efecto YORP, el asombroso principio donde la luz solar absorbida por el lado de la luz del día expulsa el calor del lado de la noche, cambiando el giro del objeto (Paquete de prensa, Chang “Seeking”).
Usando una amplia gama de instrumentos (que profundizaremos en breve), OSIRIS-REx cartografió la superficie a través de muchas cámaras y altímetros láser junto con espectrómetros. Estos se utilizaron para ayudar a la emisión a encontrar una ubicación objetivo de la que se extrajo una muestra. En lugar de aterrizar en el asteroide, la sonda extendió un brazo para recolectar la muestra. El gas nitrógeno se expulsó cuando el colector tocó la superficie, capturando material a medida que propulsaba de nuevo hacia arriba (carpeta de prensa, “Buscando” de Chang).
A partir de ahí, el material se almacenó en la cápsula de retorno y, con suerte, para septiembre de 2023 tendremos muestras de Bennu para analizar. A largo plazo, esto, junto con los datos recopilados en órbita, mantendrá ocupados a los científicos durante los próximos años (Ibíd.).
Los instrumentos
Para ayudar a OSIRIS-REx a lograr los objetivos de la misión, se crearon varios instrumentos. Incluyen:
- Mecanismo de adquisición de muestras Touch-and-Go (TAGSAM): el brazo que lanzó gas nitrógeno a la superficie de Bennu al hacer contacto con el suelo durante 5-6 segundos. El colector fue diseñado para contener de 60 a 2000 gramos de material, que luego se almacenó en la Cápsula de Retorno de Muestra (SRC).
- OSISIS-REx Camera Suite (OCAMS): cartografió la superficie utilizando el telescopio PolyCam de 8 pulgadas, MapCam (que buscó satélites y escombros alrededor de Bennu, incluidos eventos de desgasificación, además de ayudar a encontrar el sitio de muestra) y SamCam ( que registró la toma de muestras).
- Altímetro láser OSISIS-REx (OLA): LIDAR (como el radar, pero con aleros infrarrojos) que se utiliza para encontrar distancias mediante el uso de un láser de alta energía para distancias entre 1 y 7,5 kilómetros y uno de menor energía para distancias inferiores a 1 kilómetro.
- Espectrómetro visible e infrarrojo OSISIS-REx (OVIRS): analizó la luz reflejada de Bennu en longitudes de onda de 0,4 a 4,3 micrómetros, lo que nos informó sobre las ubicaciones de compuestos orgánicos/minerales.
- Espectrómetro de emisión térmica OSISIS-REx (OTES): registró datos infrarrojos térmicos entre 5 y 50 micrómetros, también ayudó a encontrar ubicaciones de minerales/orgánicos, así como a desarrollar un mapa térmico de la superficie.
- Sistema de imágenes de rayos X Regolith (REXIS): espectrómetro de fluorescencia de rayos X utilizado para ayudar a encontrar abundancias elementales en la superficie.
(Paquete de prensa, Clark, 31 de diciembre de 2018)
El viaje a Bennu
El 8 de septiembre de 2016, OSIRIS-REx se lanzó con éxito en un cohete Atlas V y comenzó su viaje hacia y desde Bennu, pero no permaneció inactivo por mucho tiempo. Del 9 al 20 de febrero de 2017, la sonda pasó por el cuarto punto de Lagrange de la Tierra, un lugar especial en una órbita donde los objetos pueden unirse gravitacionalmente a un objeto, en este caso a nosotros. Los asteroides que terminan aquí se conocen como troyanos, y hasta ahora solo se sabe que la Tierra tiene uno: 2017 TK7 (Graham, Morton, 10 de febrero).
Los troyanos potenciales son difíciles de detectar debido a su ubicación durante las ventanas de visualización: cerca del horizonte y cerca del sol. REx estaba en un lugar privilegiado, pasando por el punto real, lo que significa que podría haber detectado alguno. MapCam se utilizó para buscar troyanos potenciales. Cada día durante esta parte del viaje, MapCam tomó 135 imágenes que no solo buscaban troyanos sino que también incluían el sistema de Júpiter y algunos asteroides del cinturón principal (Morton 10 de febrero; Universidad de Arizona 12 de diciembre de 2016, 14 de febrero de 2017).
Si bien no se encontró nada, ofreció una prueba suave del mapeo que ocurriría alrededor de Bennu en la pista de posibles satélites a su alrededor. Las cámaras también funcionaron mejor de lo previsto, consiguiendo una exposición dos magnitudes mejor de lo previsto y, por lo tanto, siendo capaces de captar 17 esteroides del cinturón principal en lugar de los 4 previstos (Ibíd.).
REx toma una de esas órbitas frecuentes que son más comunes hoy en día, con impulsos gravitacionales que colocan a la sonda en una trayectoria en espiral hacia su objetivo. A veces, el sobrevuelo está destinado a cambiar el ángulo con respecto a la eclíptica del sistema solar. Tal sobrevuelo ocurrió el 22 de septiembre de 2017 cuando OSIRIS-REx voló junto a nosotros (a unos 17 000 kilómetros de la Antártida en su máxima aproximación) para aumentar su ángulo de inclinación 6 grados adicionales al nuestro. Esto le permitió estar en línea con Bennu y reunirse con éxito con él (Morton 22 de septiembre de Universidad de Arizona 22 de septiembre de 2017).
Este sobrevuelo aumentó la velocidad de la sonda en 3,778 kilómetros por segundo y ofreció una buena oportunidad para probar los instrumentos en un entorno real. Se tomaron datos en la Tierra y la Luna y se confirmó que todo estaba bien con la sonda (Ibíd.).
Llegada a Bennu
El inicio oficial de la misión principal comenzó el 17 de agosto de 2018 cuando OSIRIS-REx detectó por primera vez a Bennu a 2,2 millones de kilómetros de distancia con PolyCam. Comenzó la búsqueda de posibles satélites y penachos, y el 1 de octubre se realizó la primera de las 4 correcciones de rumbo para preparar a Rex para la inserción orbital. Se liberó la cubierta protectora del TAGSAM y se probó la movilidad del brazo. OCAMS también comenzó el mapeo de superficies (Universidad de Arizona, 24 de agosto de 2018).
Finalmente, después de un largo viaje, OSIRIS-REx llegó a Bennu el 3 de diciembre de 2018, 27 meses después de su lanzamiento desde la Tierra. Cuando decimos llegada, realmente nos referimos al comienzo de la inserción orbital con un encendido del motor de 8 segundos que lo coloca oficialmente en órbita. Desde la llegada hasta la inserción, REx estuvo a 20 kilómetros de Bennu, pero se movió a una órbita polar de aproximadamente 7 kilómetros el 31 de diciembre. Durante esta transición se realizaron lecturas de masa, velocidad de giro y tamaño (Amos; Wall, Chang “NASA”; Clark 31 de diciembre de 2018; Universidad de Arizona 03 de diciembre de 2018, 31 de diciembre de 2018).
Durante la transición, se vio agua en la superficie de Bennu. OVIRS y OTES detectaron hidroxilos en muchos materiales arcillosos en la superficie, pero estos provienen de un ciclo del agua. Hallazgos posteriores de OTES y MapCam mostraron la presencia de magnetita, otro material del agua que también necesita un ciclo del agua (Universidad de Arizona, 10 de diciembre de 2018, 19 de marzo de 2019; Clark, 31 de diciembre de 2018; Freeman; Grossman, Crane).
Bennu es demasiado pequeño para tener suficiente calor geotérmico para sostener esto, por lo tanto, esto muestra que Bennu tuvo que provenir de un objeto principal en el pasado de más de 100,000 metros de tamaño. Eso es muy alentador, ya que ofrece evidencia hacia la teoría de la semilla para el suministro de agua en el sistema solar primitivo (Ibid).
Detalles de la superficie
Como es inevitable con todos los objetos explorados en el sistema solar, los detalles de la superficie como cráteres, dorsa, fosas y saxa recibieron nombres oficiales de la Unión Astronómica Internacional con el tema de las aves mitológicas o la mitología egipcia implementada. Incluyen:
- Benben Saxum: la roca más alta de Bennu, es el nombre de una colina primordial de un antiguo mito egipcio de la creación.
- Tlanuwa Regio: una gran región de rocas en el hemisferio sur, debe su nombre a las aves gigantes de la mitología cherokee que arrojaban pedazos de serpientes a la Tierra que luego se convertían en piedra.
- Roc Saxum: la roca más grande de Bennu, lleva el nombre de un gran pájaro de la mitología árabe.
- Simurgh Saxum: el primer meridiano de Bennu, lleva el nombre de un gran pájaro lleno de todo el conocimiento de la mitología de Persion.
- Huginn Saxum y Muninn Saxum: dos rocas una al lado de la otra, llamadas así por dos cuervos de Odin que estaban en la mitología nórdica.
- Ocypete Saxum: una roca cerca del evento del penacho del 19 de enero, nombre de una de las muchas arpías de la mitología griega.
- Strix Saxum: una gran roca cerca del sitio de respaldo de Osprey llamada así por el ave de mal agüero Strix en la mitología romana.
- Amihan Saxum: en Tlamuwa Regio, es una roca grande, plana y parcialmente enterrada, nombre de un pájaro que se dice que es la primera criatura del Universo en la mitología tagalo.
- Pouakai Saxum: una roca de 10,6 metros de ancho en el hemisferio sur, un poco al norte de Benben Saxum, es el nombre de un pájaro maorí que consumía hombres.
- Aetos Saxum: una roca bastante plana cerca del ecuador llamada así por uno de los compañeros de juegos de la infancia de Zeus que Hera convierte en águila.
- Gargoyle Saxum: uno de los objetos más oscuros de Bennu, se encuentra cerca del sitio de respaldo de Osprey y lleva el nombre de un monstruo volador de origen francés.
(Universidad de Arizona 8 de agosto de 2019, 6 de marzo de 2020)
Hallazgos iniciales y sorpresas
Al llegar a Bennu, los científicos se sorprendieron al ver una superficie tan heterogénea. Los hallazgos de la Tierra habían indicado que Bennu debería haber sido relativamente suave (sin objetos de más de 10 metros), pero en cambio REx encontró una superficie sucia y llena de basura con grandes cantidades de rocas esparcidas (Grossman, Clark 31 de enero de 2019, Browne, Chang “Buscando ”, Zastrow 8).
Se vieron cientos de objetos de más de 50 metros, y los impactos del cráter indican un objeto más sólido de lo previsto. Sin embargo, todavía se piensa que Bennu es principalmente una pila de escombros que se mantiene unido por la gravedad (Ibíd.).
Algunos de esos escombros parecen sufrir fracturas térmicas y agrietarse, debido al cambio extremo de temperaturas que sufre Bennu del día a la noche, lo que hace que las rocas se expandan y se contraigan severamente. La temperatura máxima puede alcanzar un máximo de cerca de 400 Kelvin, mientras que la más fría puede ser tan baja como 150 Kelvin. Esto junto con el ciclo de día de 4,3 horas en el asteroide y los materiales de la superficie están sometidos a una gran tensión estructural (Grossman, Clark, 31 de enero de 2019, González, Universidad de Arizona, 09 de junio de 2020).
De hecho, puede ocurrir exfoliación, donde las capas externas de una roca se desprenden debido a esta fractura térmica. Los pedazos de 1 a 10 centímetros de tamaño pueden salir volando y convertirse en polvo, pero se desconoce cuánto se puede liberar en un período de tiempo determinado (Ibíd.).
Las lecturas de densidad llegaron a unos 1200 kilogramos por metro cúbico. A modo de comparación, la mayoría de las rocas tienen un promedio de alrededor de 3000 kilogramos por metro cúbico, lo que indica que Bennu puede ser más poroso en el interior. También podría apuntar a una mayor cantidad de materiales hidratados de lo que se sospechaba inicialmente. También se detectó el efecto YORP, que aumenta la velocidad de giro de Bennu y, por lo tanto, reduce el período orbital en aproximadamente 1 segundo cada 100 años (Grossman, Universidad de Arizona, 19 de marzo de 2019, Strain).
Esto, junto con la baja densidad, significa que la gravedad es un tema fluctuante en Bennu. Ese bulto es un componente de esto, una representación del lóbulo de Roche de Bennu donde termina su influencia gravitacional y debido a la creciente velocidad de giro, este bulto se reducirá con los años y tal vez algún día Bennu simplemente se deshaga (Ibíd.).
Los científicos sospecharon que Bennu podría tener eventos de liberación de partículas debido a los impactos, pero la gente se sorprendió al descubrir que se liberaban grandes cantidades de material poco después de entrar en órbita. El 6 y 19 de enero, así como el 11 de febrero de 2019, se observaron importantes liberaciones de partículas desde la superficie. Se detectó que estas columnas tenían más de 100 partículas, cada una de unos pocos centímetros de tamaño, algunas de las cuales se movieron lo suficientemente rápido (hasta 3 metros por segundo) para abandonar el asteroide, mientras que otras finalmente cayeron a la superficie. Esta podría ser una nueva fuente de polvo interplanetario que no se había considerado antes (Universidad de Arizona, 19 de marzo de 2019, 04 de diciembre de 2019; Jarman; Gonzalez, Browne).
Pero, ¿qué causó estos penachos? Se descartaron impactos debido a que no se observaron meteoritos ni cráteres en los sitios. En cambio, se sospecha que muchas cosas diferentes pueden unirse para crear los penachos. Los materiales de agua dentro de nuestras arcillas en la superficie pueden sufrir sublimación y aflojarse. Esto, junto con una alta tasa de rotación y características térmicas que rompen nuestras rocas, podría provocar liberaciones repentinas de material. Vale la pena señalar que todos los eventos de pluma ocurrieron durante el día de Bennu (Jarman, González, Universidad de Arizona, 4 de diciembre de 2019).
Se observaron más signos de agua en vetas brillantes en rocas, algunas de hasta 150 centímetros de largo y de hasta 14 centímetros de ancho. Estos también apuntan a la teoría del objeto principal para Bennu, ya que algo tan pequeño no podría haber hecho estos materiales de carbonato. De hecho, los carbonatos y otros materiales orgánicos se ven en aproximadamente el 98 % de la superficie de Bennu, pero aquí es donde se pone interesante (Crane, Universidad de Arizona, 8 de octubre de 2020).
El hemisferio sur claramente tiene grandes rocas y las lecturas de densidad apuntan a que algunas son muy porosas, con hasta un 55% de espacio vacío. El hemisferio norte es menos, más refinado. Una roca en Bennu es oscura y porosa o clara y tiene estas vetas. Parece que a medida que una roca precipita en materiales de carbonato, pasa a un objeto más oscuro (más carbono) y al mismo tiempo se vuelve más poroso en el proceso. Ciertamente, Bennu tuvo un pasado complicado, y la evidencia de que objetos como ellos son las semillas de la vida está creciendo (Ibíd.).
Fuente:
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