Η αποστολή OSIRIS-REx της NASA ήρθε αντιμέτωπη με ένα απρόσμενο μυστήριο όταν έφτασε στον αστεροειδή Bennu το 2018. Αντί για το σχετικά ομαλό έδαφος που είχαν υποδείξει οι προηγούμενες παρατηρήσεις, το διαστημικό σκάφος εντόπισε ένα ανώμαλο τοπίο, στο οποίο κυριαρχούσαν τεράστιοι ογκόλιθοι, με ελάχιστες περιοχές κατάλληλες για τη συλλογή δειγμάτων.
«Όταν το OSIRIS-REx έφτασε στον Bennu το 2018, εκπλαγήκαμε από αυτό που είδαμε», δήλωσε ο Άντριου Ράιαν, επιστήμονας στο Εργαστήριο Σεληνιακής και Πλανητικής Έρευνας του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, ο οποίος ηγήθηκε της ομάδας εργασίας της αποστολής που ήταν υπεύθυνη για την ανάλυση των φυσικών και θερμικών ιδιοτήτων των δειγμάτων. «Περιμέναμε να υπάρχουν κάποιοι ογκόλιθοι, αλλά θεωρούσαμε ότι θα υπήρχαν τουλάχιστον ορισμένες μεγάλες περιοχές με πιο ομαλό και λεπτόκοκκο ρεγόλιθο, από τον οποίο θα ήταν εύκολη η συλλογή υλικού. Αντί γι' αυτό, έμοιαζε σαν να υπήρχαν ογκόλιθοι παντού και για κάποιο διάστημα προσπαθούσαμε να καταλάβουμε τι συνέβαινε».
Η ανακάλυψη ήταν ιδιαίτερα αινιγματική λόγω όσων είχαν μάθει προηγουμένως οι αστρονόμοι σχετικά με την ικανότητα του Bennu να συγκρατεί θερμότητα. Μετρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer της NASA το 2007 έδειξαν ότι η επιφάνεια του αστεροειδούς θερμαινόταν και ψυχόταν γρήγορα καθώς περιστρεφόταν ανάμεσα στο ηλιακό φως και το σκοτάδι, σύμφωνα με πληροφορίες του ScienceDaily.
Οι επιστήμονες περιγράφουν αυτή την ιδιότητα ως χαμηλή θερμική αδράνεια. Τα υλικά με χαμηλή θερμική αδράνεια, όπως η άμμος της παραλίας, απορροφούν γρήγορα θερμότητα όταν εκτίθενται στο ηλιακό φως και τη χάνουν μόλις ο Ήλιος εξαφανιστεί. Οι μεγάλοι, συμπαγείς βράχοι συμπεριφέρονται διαφορετικά. Όπως το σκυρόδεμα, συνήθως διατηρούν τη θερμότητα και την απελευθερώνουν σταδιακά.
Η επιφάνεια του Bennu, καλυμμένη με ογκόλιθους, φαινόταν να έρχεται σε αντίθεση με αυτές τις προηγούμενες μετρήσεις, αφήνοντας τους ερευνητές αντιμέτωπους με ένα αινιγματικό ερώτημα: Πώς ήταν δυνατόν ένας αστεροειδής καλυμμένος με τεράστιους βράχους να ψύχεται τόσο γρήγορα;
Οι κρυφές ρωγμές αποκαλύπτουν το μυστικό των ογκόλιθων του Bennu
Οι παρατηρήσεις που συγκέντρωσε το OSIRIS-REx κατά την εξερεύνηση του Bennu προσέφεραν μια πρώτη ένδειξη. Οι ογκόλιθοι του αστεροειδούς ενδέχεται να περιείχαν πολύ περισσότερο κενό χώρο απ' όσο είχαν υποθέσει οι επιστήμονες, επιτρέποντάς τους να χάνουν θερμότητα ταχύτερα από τους συνηθισμένους συμπαγείς βράχους. Όταν τα δείγματα από τον Bennu επέστρεψαν στη Γη, οι ερευνητές απέκτησαν επιτέλους τη δυνατότητα να εξετάσουν άμεσα αυτή την πιθανότητα.
Ο Ράιαν και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν διάφορες εργαστηριακές τεχνικές για να διερευνήσουν μικροσκοπικά θραύσματα πετρωμάτων που είχαν συλλεχθεί από τον αστεροειδή. Τα ευρήματά τους, τα οποία δημοσιεύθηκαν στο Nature Communications, επιβεβαίωσαν ότι τα πετρώματα ήταν πράγματι εξαιρετικά πορώδη. Ωστόσο, το πορώδες από μόνο του δεν μπορούσε να εξηγήσει πλήρως την ασυνήθιστα γρήγορη απώλεια θερμότητας του Bennu. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ακόμη ένα σημαντικό χαρακτηριστικό. Πολλά από τα σωματίδια των πετρωμάτων περιείχαν εκτεταμένα δίκτυα ρωγμών που διέσχιζαν το εσωτερικό τους.
Για να διερευνήσουν πώς αυτές οι ρωγμές επηρεάζουν τη μεταφορά θερμότητας, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ναγκόγια στην Ιαπωνία εξέτασαν τα δείγματα χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται θερμογραφία κλειδώματος φάσης (lock-in thermography). Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιεί ένα λέιζερ για να θερμάνει μια μικροσκοπική περιοχή ενός δείγματος, ενώ μετρά τον τρόπο με τον οποίο η θερμότητα εξαπλώνεται στο περιβάλλον υλικό, όπως ακριβώς οι κυματισμοί που επεκτείνονται στην επιφάνεια μιας λίμνης.
«Τότε ήταν που τα πράγματα έγιναν πραγματικά ενδιαφέροντα», δήλωσε ο Ράιαν. «Η θερμική αδράνεια που μετρήθηκε στα εργαστηριακά δείγματα αποδείχθηκε πολύ υψηλότερη από εκείνη που είχαν καταγράψει τα όργανα του διαστημικού σκάφους, επιβεβαιώνοντας παρόμοια ευρήματα που είχε καταγράψει η ομάδα της συνεργαζόμενης αποστολής της OSIRIS-REx, Hayabusa-2, της Ιαπωνικής Υπηρεσίας Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης (JAXA)».
Η διαφορά μεταξύ των εργαστηριακών μετρήσεων και των παρατηρήσεων του διαστημικού σκάφους υποδήλωνε ότι το μέγεθος και η εσωτερική δομή των πετρωμάτων του Bennu ήταν καθοριστικής σημασίας για την κατανόηση της συμπεριφοράς τους. Επειδή τα δείγματα που επέστρεψαν στη Γη ήταν πολύ μικρότερα από τους τεράστιους ογκόλιθους που κάλυπταν τον Bennu, οι επιστήμονες χρειάζονταν έναν τρόπο να προσδιορίσουν πώς θα μεταφερόταν η θερμότητα μέσα στο υλικό σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα.
Η NASA χρησιμοποιεί τρισδιάστατες σαρώσεις για να εξετάσει το εσωτερικό των πετρωμάτων του αστεροειδούς
Στο Διαστημικό Κέντρο Johnson της NASA, στο Χιούστον, οι ερευνητές προετοίμασαν τα δείγματα για λεπτομερή απεικόνιση με ακτίνες Χ, λαμβάνοντας παράλληλα ειδικά μέτρα για την αποφυγή επιμόλυνσης.
Μέσα σε έναν θάλαμο με γάντια, γεμάτο με προστατευτικό αέριο άζωτο, τα μέλη της ομάδας σφράγισαν μεμονωμένα σωματίδια πετρωμάτων σε αεροστεγή δοχεία. Στη συνέχεια, μετέφεραν τα δοχεία σε εργαστήριο για αξονική τομογραφία με ακτίνες Χ, γνωστή ως σάρωση XCT. Μετά την απεικόνιση, τα σωματίδια επέστρεψαν στον θάλαμο με γάντια χωρίς να εκτεθούν στο γήινο περιβάλλον.
«Το δείγμα τοποθετείται στη δική του “διαστημική στολή”, υποβάλλεται σε αξονική τομογραφία και στη συνέχεια επιστρέφει στο ανέπαφο περιβάλλον του, χωρίς να έχει εκτεθεί καθόλου στο γήινο περιβάλλον», δήλωσε η Νικόλ Λάνινγκ, επικεφαλής επιμελήτρια των δειγμάτων της αποστολής OSIRIS-REx στο τμήμα Έρευνας Αστροϋλικών και Εξερεύνησης του Διαστήματος της NASA Johnson και μία από τις συν-συγγραφείς της μελέτης. «Μπορούμε να απεικονίσουμε το εσωτερικό μέσα από αυτά τα αεροστεγή δοχεία, ώστε να οπτικοποιήσουμε το σχήμα και την εσωτερική δομή του πετρώματος που βρίσκεται μέσα».
Οι σαρώσεις προσέφεραν στους επιστήμονες μια λεπτομερή εικόνα του εσωτερικού των δειγμάτων, αποκαλύπτοντας δομές που δεν ήταν δυνατόν να εξεταστούν απλώς παρατηρώντας τις επιφάνειές τους.
«Η αξονική τομογραφία με ακτίνες Χ μάς επιτρέπει να εξετάζουμε το εσωτερικό ενός αντικειμένου σε τρεις διαστάσεις, χωρίς να το καταστρέφουμε», δήλωσε ο Σκοτ Έκλεϊ, συν-συγγραφέας της μελέτης και επιστήμονας ακτίνων Χ στη NASA Johnson. Κάθε σάρωση δημιουργούσε επίσης ένα μόνιμο τρισδιάστατο ψηφιακό αρχείο της εξωτερικής επιφάνειας και των εσωτερικών χαρακτηριστικών του σωματιδίου. Τα αρχεία αυτά προστέθηκαν σε μια δημόσια προσβάσιμη βάση δεδομένων, επιτρέποντας τη μελέτη των δειγμάτων χωρίς να απαιτείται επανειλημμένος χειρισμός του αρχικού υλικού.
Στη συνέχεια, η ομάδα του Ράιαν ενσωμάτωσε τα δεδομένα από τις σαρώσεις ακτίνων Χ σε προσομοιώσεις υπολογιστή, σχεδιασμένες να παρακολουθούν τον τρόπο με τον οποίο η θερμότητα διαδίδεται μέσα στα πετρώματα των αστεροειδών. Επεκτείνοντας τους υπολογισμούς από μεμονωμένα σωματίδια στους πολύ μεγαλύτερους ογκόλιθους που εντοπίστηκαν στον Bennu, κατάφεραν να αναπαραγάγουν τη χαμηλή θερμική αδράνεια που είχε παρατηρήσει το διαστημικό σκάφος.
Μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες μελετούν τους αστεροειδείς
Τα αποτελέσματα έλυσαν ένα σημαντικό μυστήριο σχετικά με την ασυνήθιστη επιφάνεια του Bennu. Οι επιστήμονες είχαν εξετάσει προηγουμένως το ενδεχόμενο οι ογκόλιθοι του αστεροειδούς να είναι εξαιρετικά πορώδεις, με εσωτερική δομή μαλακή, αφράτη ή ακόμη και παρόμοια με σφουγγάρι.
Παρόλο που τα πετρώματα πράγματι περιέχουν σημαντικό ποσοστό κενών χώρων, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι εκτεταμένες εσωτερικές ρωγμές τους ήταν εξίσου σημαντικές για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συγκρατούν και απελευθερώνουν θερμότητα. «Αποδεικνύεται ότι είναι επίσης γεμάτα ρωγμές και αυτό ήταν το κομμάτι του παζλ που έλειπε», δήλωσε ο Ράιαν.
Η ανακάλυψη έχει επιπτώσεις που ξεπερνούν τον Bennu. Οι αστρονόμοι βασίζονται συχνά σε μετρήσεις του τρόπου με τον οποίο ένας αστεροειδής απορροφά και απελευθερώνει θερμότητα, προκειμένου να εκτιμήσουν τις φυσικές ιδιότητες της επιφάνειάς του. Μέχρι σήμερα, η ερμηνεία αυτών των παρατηρήσεων ήταν δύσκολη χωρίς πραγματικά δείγματα πετρωμάτων προς εξέταση.
Ο Ρον Μπαλούζ, επιστήμονας στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins στο Λόρελ του Μέριλαντ και δεύτερος συγγραφέας της μελέτης, εξήγησε ότι τα ευρήματα προσφέρουν μια πολύτιμη σύνδεση μεταξύ των μετρήσεων που πραγματοποιούνται από απόσταση και της πραγματικής εσωτερικής δομής των υλικών των αστεροειδών.
«Μπορούμε επιτέλους να θεμελιώσουμε την κατανόησή μας για τις τηλεσκοπικές παρατηρήσεις των θερμικών ιδιοτήτων ενός αστεροειδούς, αναλύοντας δείγματα από τον ίδιο ακριβώς αστεροειδή», δήλωσε ο Μπαλούζ.
www.worldenergynews.gr
