Asteroid Bennu är täckt av stenar och enorma stenblock. Och nu när rymdfarkosten OSIRIS-REx tar en närmare titt på dessa stenar, kan forskare se något överraskande för en luftlös kropp: stenarna har små sprickor och sprickor.
Orsaken?
Troligtvis kommer sprickorna från stora temperaturvariationer, med solljus som värmer upp klipporna under dagen och sedan kyls ner snabbt på natten. Denna process sker snabbt och ofta, eftersom Bennu gör en hel rotation på sin axel var 4,3:e timme.
'Detta är första gången som bevis för denna process, kallad termisk sprickning, definitivt har observerats på ett föremål utan atmosfär', säger Jamie Molaro från Planetary Science Institute i Tucson, Arizona. Molaro är huvudförfattare till en tidning publicerad idag i Nature Communications. 'Det är en pusselbit som berättar för oss hur ytan såg ut förr och hur den kommer att se ut om miljoner år.'
På jorden är den främsta orsaken till att stenar spricker vittring. Regnvatten kan sippra in i små förkastningar eller sprickor i berget, och om temperaturen sjunker under fryspunkten förvandlas vattnet till is och expanderar, vilket tvingar sprickorna att vidgas.
Men självklart finns det inget väder på den atmosfärlösa Bennu. Däremot kan temperatursvängningar ha en liknande effekt. Varje gång en sten utsätts för en temperaturförändring kommer ytan antingen att expandera eller dra ihop sig. Och eftersom berget är en dålig värmeledare, kommer bergets yta att expandera eller dra ihop sig mer än bergets centrum. Detta kommer att orsaka spänningssprickor i bergets yta.
Exfolieringsfunktioner på en klippyta (a) och på stenblock (b-f) med varierande storlek och placering på asteroiden Bennu från bilder tagna av NASA:s rymdfarkost OSIRIS-REX. Den ljusa kupolen vid horisonten av panel (a) är ett stenblock bakom den exfolierande klippan. Kredit: NASA/Goddard/University of Arizona.
'Som vilken som helst vittringsprocess, orsakar termisk sprickbildning utvecklingen av stenblock och planetytor över tid - från att ändra form och storlek på enskilda stenblock, till att producera småsten eller finkornig regolit, till att bryta ner kraterväggar', säger OSIRIS-REx ( Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer) huvudutredare Dante Lauretta vid University of Arizona, Tucson. 'Hur snabbt detta sker i förhållande till andra vittringsprocesser berättar hur och hur snabbt ytan har förändrats.'
Forskare har kastat runt tanken att termisk sprickbildning kan vara en viktig vittringsprocess på luftlösa föremål som asteroider eftersom så många upplever extrema temperaturskillnader mellan dag och natt, vilket förvärrar stressen.
Dagens höjdpunkter på Bennu kan nå nästan dagtid höjder på Bennu kan nå till cirka 400 grader Kelvin (260 grader Fahrenheit), och nattetid sjunker till 200 grader Kelvin (-100 grader Fahrenheit).
Sprickorna i Bennus stenar är ganska små och svåra att se, särskilt innan OSIRIS-REx började utföra nära flygningar av asteroiden, som förberedelse för landning på ytan i oktober 2020 för provtagning. Men under de senaste månaderna har rymdfarkosten sjunkit till inom 75 meter (246 fot) från Bennus yta, och tidigare manövrar såg den närma sig inom 250 meter (820 fot). OSIRIS-REx tar bilder av de primära och reservplatserna för att få till och med högupplösta bilder för att förbereda sig för provinsamlingsdelen av uppdraget.
3D-modell av Bennu. Kredit: NASA Visualization Technology Applications and Development (VTAD)
Andra processer kan producera liknande funktioner, men teamets analys uteslöt dem. Förutom vittring kan även stenar som kläms av tektonisk aktivitet spricka, men Bennu är för liten för sådan aktivitet. Meteoroidnedslag inträffar på Bennu och kan säkert knäcka stenar, men de skulle inte orsaka de typer av sprickbildning och annan erosion som rymdfarkosten ser. Dessutom finns det inga tecken på nedslagskratrar där sprickbildningen sker.
'Vi har observerat bevis på termisk sprickbildning på jorden och på Mars, båda miljöer där kemisk vittring kan spela en roll', säger Molaro. 'Därför, även om det var teoretiskt möjligt för termisk sprickbildning på en luftlös kropp att inträffa ensam, var det inte klart om spänningarna skulle vara tillräckligt starka för att orsaka spricktillväxt i frånvaro av de kemiska effekterna.'
Denna globala karta över asteroiden Bennus yta är en mosaik av bilder som samlats in av NASA:s rymdfarkost OSIRIS-REx mellan 7 mars och 19 april 2019. Kredit: NASA/Goddard/University of Arizona
Molaro sa att rymdfarkostens observationer överensstämmer med vetenskapliga modeller av termiskt inducerad stennedbrytning utan andra vädermekanismer.
'Stenblock på Bennu uppvisar många möjliga tecken på termisk sprickbildning, men det tydligaste är bilder som visar exfoliering, där tunna lager av material flagnar av stenblocksytor,' sa Molaro. 'Dessa fynd ger substantiella och övertygande bevis för att termisk sprickbildning spelar en viktig roll på luftlösa kroppsytor, vilket har stora konsekvenser för att förstå utvecklingen av asteroidytor, banor och populationer.'
Uppdragsteamet hittade egenskaper som överensstämmer med termisk sprickbildning med hjälp av rymdfarkostens OSIRIS-REx Camera Suite (OCAMS), som kan se funktioner på Bennu som är mindre än en centimeter (nästan 0,4 tum). Den hittade bevis på exfoliering, där termisk frakturering sannolikt orsakade att små, tunna lager (1–10 centimeter) flagnade av stenytor. Rymdfarkosten tog också bilder av sprickor som löper genom stenblock i nord-sydlig riktning, längs linjen av stress som skulle produceras av termisk sprickbildning på Bennu.
Detta fynd om Bennu kommer att hjälpa framtida utforskningar av andra luftlösa kroppar.
'Vi har ännu inga bra begränsningar för nedbrytningshastigheter från termisk sprickning,' sa Molaro, 'men vi kan få dem nu när vi faktiskt kan observera bevis för det för första gången på plats.'
Den här konstnärens koncept visar NASA:s rymdfarkost OSIRIS-REx som går ner mot asteroiden Bennu för att samla ett prov av asteroidens yta. Provtagningsförfarandet kommer att äga rum den 20 oktober. Kredit: NASA/Goddard/University of Arizona
OSIRIS-REx kommer en kort stund att landa på Bennus yta i försöket att extrahera ytprover. Detta är för närvarande planerat till den 20 oktober 2020. Om det första försöket misslyckas är OSIRIS-Rex utrustad för flera provtagningsförsök. När uppdraget är klart 2021 kommer OSIRIS-REx att åka hem och ta med sin värdefulla, orörda last till jorden i september 2023. Om allt går som planerat kommer proverna att studeras på jorden i decennier framöver.
Källor:
Institutet för planetarisk vetenskap
NASA
Papper i Nature Communica tioner