Encontrada explicação para a superfície surpreendentemente irregular do asteroide Bennu

NASA

Superfície do asteróide Bennu

Um novo estudo descobriu que as rochas altamente porosas são responsáveis pela superfície surpreendentemente irregular do asteroide Bennu.

Os cientistas pensavam que a superfície do asteroide Bennu seria como uma praia arenosa, abundante em areia fina e seixos, o que teria sido perfeito para recolher amostras. As observações anteriores, por telescópios em órbita da Terra, sugeriram a presença de grandes áreas de material fino, de nome rególito fino, que é inferior a alguns centímetros.

Mas quando a nave espacial OSIRIS-REx da NASA chegou a Bennu no final de 2018, a equipa da missão viu uma superfície coberta de pedregulhos. A misteriosa ausência de rególito fino tornou-se ainda mais surpreendente quando os cientistas da missão observaram evidências de processos capazes de desgastar pedregulhos em rególito fino.

Uma nova investigação, publicada na revista Nature e liderada pelo membro da equipa da missão Saverio Cambioni, usou aprendizagem de máquina e dados da temperatura à superfície para resolver o mistério. Cambioni era estudante no LPL (Lunar and Planetary Laboratory) da Universidade do Arizona quando a investigação foi realizada e é agora pós-doutorado no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT (Massachusetts Institute of Technology). Ele e colegas finalmente descobriram que as rochas altamente porosas de Bennu são responsáveis pela surpreendente ausência de rególito fino à superfície.

“O ‘REx’ na sigla OSIRIS-REx significa ‘Regolith Explorer’, de modo que o mapeamento e caracterização da superfície do asteroide era um objetivo principal,” disse Dante Lauretta, coautor do estudo e investigador principal da OSIRIS-REx, professor de Ciências Planetárias na Universidade do Arizona. “A nave obteve dados de altíssima resolução de toda a superfície de Bennu, que ficou abaixo dos 3 milímetros por pixel em alguns locais. Além do interesse científico, a ausência de rególito fino tornou-se um desafio para a própria missão, porque a sonda estava projetada para recolher esse tipo de material.”

Para recolher uma amostra e enviá-la para a Terra, a nave OSIRIS-REx foi construída para navegar dentro de uma área em Bennu com aproximadamente o tamanho de um parque de estacionamento com 100 lugares. No entanto, devido aos muitos pedregulhos, o local seguro para amostragem foi reduzido a aproximadamente o tamanho de cinco lugares de estacionamento. A sonda foi bem-sucedida ao tocar Bennu e ao recolher amostras em outubro de 2020.

Um começo difícil e respostas sólidas

“Quando recebemos as primeiras imagens de Bennu, notámos algumas áreas em que a resolução não era alta o suficiente para ver se havia pequenas rochas ou rególito fino. Começámos a usar a nossa abordagem de aprendizagem de máquina para separar o rególito fino das rochas usando dados de emissão térmica (infravermelho),” disse Cambioni.

A emissão térmica do rególito fino é diferente daquela das rochas maiores, pois a primeira é controlada pelo tamanho das suas partículas, enquanto a última é controlada pela porosidade da rocha. A equipa construiu primeiro uma biblioteca de exemplos de emissões térmicas associadas a rególitos finos misturados em proporções diferentes com rochas e porosidade variada. De seguida, usaram técnicas de aprendizagem de máquina para ensinar um computador a “ligar os pontos” entre os exemplos. Depois, usaram o software de aprendizagem de máquina para analisar a emissão térmica de 122 áreas à superfície de Bennu observadas durante o dia e durante a noite.

“Apenas um algoritmo de aprendizagem de máquina podia explorar um conjunto de dados tão grande,” disse Cambioni.

Quando a análise de dados terminou, Cambioni e os seus colaboradores encontraram algo surpreendente: o rególito fino não estava distribuído aleatoriamente em Bennu, mas ao invés essa distribuição era inferior onde as rochas eram mais porosas, o que correspondia à maior parte da superfície.

A equipa concluiu que muito pouco regolito fino é produzido pelas rochas altamente porosas de Bennu porque estas rochas são comprimidas em vez de fragmentadas por impactos de meteoroides. Como uma esponja, os vazios nas rochas amortecem o golpe dos meteoros. Estes achados também estão de acordo com as experiências de laboratório por outros grupos de investigação.

“Basicamente, grande parte da energia do impacto é para esmagar os poros, restringindo a fragmentação das rochas e a produção de novo rególito fino,” disse a coautora do estudo Chrysa Avdellidou, investigadora pós-doutorada do CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) – Laboratório Lagrange do Observatório e Universidade Côte d’Azur na França.

Além disso, as fraturas provocadas pelo aquecimento e arrefecimento das rochas de Bennu, conforme o asteroide gira ao longo do dia e da noite, ocorrem mais lentamente em rochas porosas do que em rochas mais densas, frustrando ainda mais a produção de rególito fino.

“Quando a OSIRIS-REx entregar a sua amostra de Bennu (à Terra) em setembro de 2023, os cientistas serão capazes de estudar as amostras em detalhe,” disse Jason Dworkin, cientista do projeto OSIRIS-REx no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA. “Isto inclui o teste das propriedades físicas das rochas para verificar este estudo.”

Outras missões têm evidências para confirmar as descobertas da equipa. A missão Hayabusa2 da JAXA (a agência espacial japonesa) a Ryugu, um asteroide carbonáceo como Bennu, descobriu que Ryugu também carece de rególito fino e tem rochas altamente porosas. Por outro lado, a missão Hayabusa da JAXA ao asteroide Itokawa em 2005 revelou rególito fino abundante à superfície, um asteroide do tipo S com rochas de composição diferente das de Bennu e Ryugu. Um estudo anterior de Cambioni e colegas forneceu evidências de que as rochas de Itokawa são menos porosas do que as de Bennu e Ryugu, usando observações a partir da Terra.

“Durante décadas, os astrónomos contestaram que estes pequenos asteroides próximos da Terra pudessem ter superfícies de rocha nua. A evidência mais indiscutível de que estes pequenos asteroides podiam ter rególito fino substancial surgiu quando naves visitaram os asteroides do tipo S Eros e Itokawa na década de 2000 e descobriram rególito fino às suas superfícies,” disse o coautor do estudo Marco Delbo, diretor de investigação do CNRS, também do Laboratório Lagrange.

A equipa prevê que grandes áreas de rególito fino devem ser invulgares nos asteroides carbonáceos, que são os mais comuns de todos os tipos de asteroides e que se pensa terem rochas de alta porosidade como Bennu. Em contraste, terrenos ricos em rególito fino devem ser comuns nos asteroides do tipo S, que são o segundo grupo mais comum no Sistema Solar, e pensa-se que tenham rochas mais densas e menos porosas do que os asteroides carbonáceos.

“Esta é uma peça importante no puzzle do que impulsiona a diversidade das superfícies dos asteroides. Os asteroides são considerados fósseis do Sistema Solar e, portanto, a compreensão da sua evolução ao longo do tempo é crucial para compreender como o Sistema Solar se formou e evoluiu,” disse Cambioni. “Agora que conhecemos esta diferença fundamental entre asteroides carbonáceos e do tipo S, as equipas do futuro podem preparar melhor as missões de recolha de amostras, dependendo da natureza do asteroide alvo.”

  // CCVAlg

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