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Los científicos pensaban que la superficie del asteroide Bennu sería como una playa de arena, abundante en arena fina y guijarros, lo que habría sido perfecto para recoger muestras. Las anteriores observaciones con telescopios desde la órbita de la Tierra habían sugerido la presencia de grandes franjas de material de grano fino, llamado regolito fino, que es más pequeño que unos pocos centímetros.
Pero cuando la nave de la misión de retorno de muestras de asteroides OSIRIS-REx, dirigida por la Universidad de Arizona de la NASA, llegó a Bennu a finales de 2018, el equipo de la misión vio una superficie cubierta de rocas. La misteriosa falta de regolito fino se volvió aún más sorprendente cuando los científicos de la misión observaron evidencia de procesos capaces de moler rocas en regolito fino.
La nueva investigación, publicada en Nature y dirigida por Saverio Cambioni, miembro del equipo de la misión, utilizó el aprendizaje automático y los datos de temperatura de la superficie para resolver el misterio.
"El objetivo principal de OSIRIS-REx era cartografiar y caracterizar la superficie del asteroide", explica el coautor del estudio y principal investigador de OSIRIS-REx, Dante Lauretta, profesor de Ciencias Planetarias de la Universidad de Arizona. "La nave espacial recopiló datos de muy alta resolución para toda la superficie de Bennu, que llegó a tener hasta 3 milímetros por píxel en algunos lugares. Más allá del interés científico, la falta de regolito fino se convirtió en un reto para la propia misión, ya que la nave espacial fue diseñada para recoger dicho material."
Para recoger una muestra para devolverla a la Tierra, la nave espacial OSIRIS-REx fue construida para navegar dentro de un área en Bennu aproximadamente del tamaño de un aparcamiento de 100 plazas. Sin embargo, debido a las numerosas rocas, el lugar de muestreo seguro se redujo al tamaño aproximado de cinco plazas de aparcamiento. La nave espacial logró establecer contacto con Bennu para recoger material de muestra en octubre de 2020.
Un comienzo rocoso y respuestas sólidas
"Cuando llegaron las primeras imágenes de Bennu, observamos algunas zonas en las que la resolución no era lo suficientemente alta como para ver si había rocas pequeñas o regolito fino. Empezamos a utilizar nuestro enfoque de aprendizaje automático para separar el regolito fino de las rocas utilizando datos de emisión térmica (infrarrojos)", explicó Cambioni.
La emisión térmica del regolito fino es diferente de la de las rocas más grandes, porque la primera está controlada por el tamaño de sus partículas, mientras que la segunda está controlada por la porosidad de la roca". El equipo construyó primero una biblioteca de ejemplos de emisiones térmicas asociadas al regolito fino mezclado en diferentes proporciones con rocas de distinta porosidad. A continuación, utilizaron técnicas de aprendizaje automático para enseñar a un ordenador a "conectar los puntos" entre los ejemplos. A continuación, utilizaron el software de aprendizaje automático para analizar la emisión térmica de 122 zonas de la superficie de Bennu observadas tanto de día como de noche.
"Solo un algoritmo de aprendizaje automático podía explorar eficazmente un conjunto de datos tan grande", dijo Cambioni.
Cuando se completó el análisis de los datos, Cambioni y sus colaboradores descubrieron algo sorprendente: El regolito fino no estaba distribuido aleatoriamente en Bennu, sino que era más bajo donde las rocas eran más porosas, lo que ocurría en la mayor parte de la superficie.
El equipo llegó a la conclusión de que las rocas altamente porosas de Bennu producen muy poco regolito fino porque estas rocas son comprimidas en lugar de fragmentadas por los impactos de los meteoritos. Como una esponja, los huecos de las rocas amortiguan el golpe de los meteoros que llegan. Estos hallazgos también coinciden con los experimentos de laboratorio de otros grupos de investigación.
"Básicamente, una gran parte de la energía del impacto se destina a aplastar los poros restringiendo la fragmentación de las rocas y la producción de nuevo regolito fino", afirma la coautora del estudio Chrysa Avdellidou, investigadora postdoctoral del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS)-Laboratorio Lagrange del Observatorio y Universidad de la Costa Azul en Francia.
Además, el agrietamiento causado por el calentamiento y el enfriamiento de las rocas de Bennu a medida que el asteroide gira durante el día y la noche procede más lentamente en las rocas porosas que en las rocas más densas, frustrando aún más la producción de regolito fino.
"Cuando OSIRIS-REx entregue su muestra de Bennu (a la Tierra) en septiembre de 2023, los científicos podrán estudiar las muestras en detalle", dijo Jason Dworkin, científico del proyecto OSIRIS-REx en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. "Esto incluye probar las propiedades físicas de las rocas para verificar este estudio".
Otras misiones tienen pruebas que confirman los hallazgos del equipo. La misión Hayabusa 2 de la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial a Ryugu, un asteroide carbonáceo como Bennu, descubrió que Ryugu también carece de regolito fino y tiene rocas muy porosas. Por el contrario, la misión Hayabusa de la JAXA al asteroide Itokawa en 2005 reveló la existencia de abundante regolito fino en la superficie de Itokawa, un asteroide de tipo S con rocas de composición diferente a la de Bennu y Ryugu. Un estudio anterior de Cambioni y sus colegas aportó pruebas de que las rocas de Itokawa son menos porosas que las de Bennu y Ryugu, utilizando observaciones desde la Tierra.
"Durante décadas, los astrónomos discutieron que los pequeños asteroides cercanos a la Tierra pudieran tener superficies de roca desnuda. La prueba más indiscutible de que estos pequeños asteroides podrían tener un regolito fino sustancial surgió cuando las naves espaciales visitaron los asteroides de tipo S Eros e Itokawa en la década de 2000 y encontraron regolito fino en sus superficies", dijo el coautor del estudio Marco Delbo, director de investigación del CNRS, también en el Laboratorio Lagrange.
El equipo predice que las grandes franjas de regolito fino deberían ser poco comunes en los asteroides carbonáceos, que son los más comunes de todos los tipos de asteroides y se cree que tienen rocas de alta porosidad como Bennu. Por el contrario, los terrenos ricos en regolito fino deberían ser comunes en los asteroides de tipo S, que son el segundo grupo más común en el sistema solar, y se cree que tienen rocas más densas y menos porosas que los asteroides carbonáceos.
"Esta es una pieza importante en el rompecabezas de lo que impulsa la diversidad de las superficies de los asteroides. Se cree que los asteroides son fósiles del sistema solar, por lo que entender la evolución que han sufrido en el tiempo es crucial para comprender cómo se formó y evolucionó el sistema solar", dijo Cambioni. "Ahora que conocemos esta diferencia fundamental entre los asteroides carbonosos y los de tipo S, los equipos futuros podrán preparar mejor las misiones de recogida de muestras en función de la naturaleza del asteroide objetivo".
Fuentes, créditos y referencias:
Saverio Cambioni et al, Fine-regolith production on asteroids controlled by rock porosity, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03816-5
Imagen: Los científicos de la misión OSIRIS-REx pensaron que el muestreo de un trozo de Bennu sería como un paseo por la playa, pero la superficie sorprendentemente escarpada resultó ser más bien un desafío. Crédito: NASA / Goddard / Universidad de Arizona