«Μείναμε με το στόμα ανοιχτό» – Οι επιστήμονες έλυσαν επιτέλους το μυστήριο με την επιφάνεια του αστεροειδούς Bennu
Ο Bennu φαινόταν πολύ διαφορετικός από κοντά απ’ ό,τι περίμεναν οι επιστήμονες, και αυτή η αναντιστοιχία οδήγησε σε μια βαθύτερη έρευνα για το πώς συμπεριφέρονται οι επιφάνειες των αστεροειδών. Τα ευρήματα των ερευνητών στα δείγματα που επεστράφησαν βοήθησαν στην επίλυση ενός μακροχρόνιου μυστηρίου, προσφέροντας νέα γνώση για το πώς αυτός ο μικρός κόσμος αποθηκεύει και απελευθερώνει τη θερμότητα. Πηγή: NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Lab
Μια προσεκτική ματιά στο εσωτερικό των βράχων του Bennu αποκάλυψε ένα απροσδόκητο στοιχείο που άλλαξε την ιστορία.
Ένα από τα πιο αναπάντεχα ευρήματα της αποστολής OSIRIS-REx της NASA ήταν η πραγματική φύση του Bennu. Αντί να εμφανίζει πολλές λείες περιοχές, όπως είχαν υποδείξει παλαιότερες παρατηρήσεις από τη Γη, ο αστεροειδής αποδείχθηκε ένας τραχύς, ανώμαλος κόσμος γεμάτος με τεράστιους βράχους.
Η απρόσμενη εικόνα του αστεροειδούς Bennu
«Όταν το OSIRIS-REx έφτασε στον Bennu το 2018, εκπλαγήκαμε από αυτό που είδαμε», δήλωσε ο Andrew Ryan, επιστήμονας στο Εργαστήριο Σεληνιακών και Πλανητικών Μελετών του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, ο οποίος ήταν επικεφαλής της ομάδας εργασίας για τη φυσική και θερμική ανάλυση των δειγμάτων της αποστολής.
«Περιμέναμε κάποιους βράχους, αλλά προσδοκούσαμε τουλάχιστον κάποιες μεγάλες περιοχές με πιο λείο, ψιλό ρηγόλιθο (regolith) που θα ήταν εύκολο να συλλεχθεί. Αντίθετα, φαινόταν ότι παντού υπήρχαν μόνο βράχοι, και για ένα διάστημα ξύναμε το κεφάλι μας με απορία».
Το θερμικό παράδοξο: Άμμος ή τσιμέντο;
Ένα άλλο μυστήριο προέκυψε από δεδομένα που συγκέντρωσε το 2007 το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Spitzer της NASA. Εκείνες οι παρατηρήσεις έδειχναν χαμηλή θερμική αδράνεια, πράγμα που σήμαινε ότι η επιφάνεια του Bennu φαινόταν να θερμαίνεται και να ψύχεται γρήγορα καθώς έμπαινε και έβγαινε από το φως του ήλιου, όπως ακριβώς η άμμος σε μια παραλία.
Αυτό δεν ταίριαζε με όσα είδε το OSIRIS-REx όταν έφτασε. Οι μεγάλοι βράχοι θα έπρεπε να συγκρατούν τη θερμότητα περισσότερο, όπως το τσιμέντο, και να παραμένουν ζεστοί για αρκετή ώρα μετά τη δύση του ηλίου.
Οι μετρήσεις που συγκέντρωσε το OSIRIS-REx κατά τη διάρκεια της έρευνάς του στον Bennu υπέδειξαν μια πιθανή απάντηση: Οι βράχοι μπορεί να είναι πολύ πιο πορώδεις απ’ ό,τι αναμενόταν. Αφού τα δείγματα έφτασαν στη Γη, οι επιστήμονες μπόρεσαν επιτέλους να ελέγξουν αυτή την ιδέα απευθείας. ΣΥΝΕΧΗΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ Νέο βίντεο της Ζωής Κωνσταντοπούλου: Εδώ είναι τα πειστήρια που έχουν κατασχεθεί – Όσες συκοφαντικές ανακοινώσεις και αν εκδώσετε, εκτίθεστε Επικεφαλής του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας: Θα χρειαστούν έως και έξι μήνες για να αποκατασταθούν οι ροές πετρελαίου και φυσικού αερίου από τον Κόλπο Βέροια: Ομολόγησε ο 20χρονος τον άγριο ξυλοδαρμό της 24χρονης – Εξακολουθεί να νοσηλεύεται σε κρίσιμη κατάσταση Ιράν: Νέες προειδοποιήσεις – «Πάρκα, χώροι αναψυχής και τουριστικοί προορισμοί δεν θα είναι πλέον ασφαλή για τους εχθρούς της Τεχεράνης» Η «ακτινογραφία» των δειγμάτων στο εργαστήριο
Η ομάδα του Ryan εξέτασε σωματίδια πετρωμάτων από την επιφάνεια του Bennu χρησιμοποιώντας διάφορες εργαστηριακές μεθόδους. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι οι βράχοι ήταν αρκετά πορώδεις ώστε να εξηγήσουν ένα μέρος της απώλειας θερμότητας, αλλά όχι ολόκληρη.
Πολλοί από τους βράχους περιείχαν επίσης εκτεταμένα δίκτυα από ρωγμές.
Κοντινό πλάνο ενός σωματιδίου από το δείγμα του αστεροειδούς Bennu. Πηγή: NASA/Scott Eckley
Για να διαπιστωθεί αν αυτές οι ρωγμές βοηθούσαν τον αστεροειδή να χάνει θερμότητα, μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Ναγκόγια στην Ιαπωνία μελέτησε υλικό από τον Bennu με τη μέθοδο της θερμογραφίας lock-in (lock-in thermography).
Η μέθοδος αυτή, που βασίζεται στη χρήση λέιζερ, επιτρέπει στους ερευνητές να στοχεύουν ένα απειροελάχιστο σημείο στο δείγμα και να παρακολουθούν πώς εξαπλώνεται η θερμότητα μέσα σε αυτό, παρόμοια με τους κυματισμούς που κινούνται στην επιφάνεια μιας λίμνης.
Δοκιμάζοντας τη ροή θερμότητας στο εσωτερικό των βράχων
«Εκεί ήταν που τα πράγματα απέκτησαν πραγματικό ενδιαφέρον», δήλωσε ο Ryan. «Η θερμική αδράνεια που μετρήθηκε στα εργαστηριακά δείγματα αποδείχθηκε πολύ υψηλότερη από εκείνη που είχαν καταγράψει τα όργανα του διαστημοπλοίου, απηχώντας παρόμοια ευρήματα που είχε λάβει η ομάδα της συνεργαζόμενης αποστολής του OSIRIS-REx, της Hayabusa-2 της JAXA (Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Έρευνας)».
Για να κατανοήσουν πώς θα συμπεριφερόταν αυτό το υλικό στους πολύ μεγαλύτερους βράχους του Bennu, οι ερευνητές χρειάζονταν έναν τρόπο να προσαρμόσουν (να κάνουν scale up) τα αποτελέσματα από τα μικρά σωματίδια που επεστράφησαν.
Το ίδιο σωματίδιο αναλυμένο με αξονική τομογραφία ακτίνων Χ (XCT). Αυτό το δείγμα εμφανίζει τους πιο συνηθισμένους τύπους δικτύων ρωγμών που παρατηρήθηκαν στα δείγματα του Bennu. Το ένα διαθέτει ένα εκτεταμένο και συνδεδεμένο πλαίσιο καμπυλωτών ρωγμών, ενώ το άλλο έχει αραιά, ίσια και επίπεδα κατάγματα. Πηγή: NASA/Scott Eckley
Μέσα σε «διαστημικές στολές»: Η ανάλυση XCT
Χρησιμοποιώντας έναν θάλαμο προστασίας με γάντια (glove box), τα μέλη της ομάδας στο Διαστημικό Κέντρο Johnson της NASA στο Χιούστον σφράγισαν σωματίδια του δείγματος σε αεροστεγή δοχεία υπό προστατευτική ατμόσφαιρα αζώτου και στη συνέχεια τα μετέφεραν σε εργαστήριο για σάρωση με αξονική τομογραφία ακτίνων Χ (XCT).
Μετά τη σάρωση, κάθε σωματίδιο επιστρεφόταν στον θάλαμο προστασίας. «Το δείγμα μπαίνει στη δική του ‘διαστημική στολή’, υποβάλλεται σε αξονική τομογραφία και στη συνέχεια επιστρέφει στο παρθένο περιβάλλον του, χωρίς να έχει καμία έκθεση στο γήινο περιβάλλον», δήλωσε η Nicole Lunning, επικεφαλής επιμελήτρια των δειγμάτων του OSIRIS-REx στο τμήμα Επιστήμης Έρευνας Αστροϋλικών της NASA Johnson και μία από τις συντάκτριες της μελέτης.
«Μπορούμε να πάρουμε εικόνα απευθείας μέσα από αυτά τα αεροστεγή δοχεία για να οπτικοποιήσουμε το σχήμα και την εσωτερική δομή του πετρώματος που βρίσκεται μέσα». «Η αξονική τομογραφία ακτίνων Χ μας επιτρέπει να κοιτάξουμε το εσωτερικό ενός αντικειμένου σε τρεις διαστάσεις, χωρίς να του προκαλέσουμε ζημιά», δήλωσε ο συντάκτης της μελέτης και επιστήμονας ακτίνων Χ της NASA Johnson, Scott Eckley.
Λύνοντας το παζλ της θερμικής ροής
Αυτή η διαδικασία δημιούργησε ένα μόνιμο τρισδιάστατο ψηφιακό αρχείο του σχήματος και της εσωτερικής δομής κάθε σωματιδίου του δείγματος, με τα δεδομένα να προστίθενται σε μια δημόσια βάση δεδομένων.
Στη συνέχεια, η ομάδα του Ryan χρησιμοποίησε τα δεδομένα των αξονικών τομογραφιών (X-ray CT) σε ηλεκτρονικές προσομοιώσεις της ροής θερμότητας και της θερμικής αδράνειας. Όταν τα αποτελέσματα προσαρμόστηκαν στο μέγεθος των βράχων του Bennu, ταίριαζαν με εκείνα που είχε μετρήσει το διαστημόπλοιο στον αστεροειδή.
Οι επιστήμονες περίμεναν κάποτε ότι οι βράχοι του Bennu θα ήταν εξαιρετικά πορώδεις και “αφράτοι”, ίσως ακόμη και σαν σφουγγάρι. Η ανάλυση του δείγματος αποκάλυψε μια πιο περίπλοκη πραγματικότητα. «Αποδεικνύεται ότι είναι επίσης πολύ ραγισμένοι, και αυτό ήταν το κομμάτι του παζλ που έλειπε», δήλωσε ο Ryan.
Ο Ron Ballouz, επιστήμονας στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Johns Hopkins στο Λόρελ του Μέριλαντ και δεύτερος συντάκτης της μελέτης, δήλωσε ότι η έρευνα αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές ερμηνεύουν τη δομή των αστεροειδών με βάση τις θερμικές ιδιότητες που μετρώνται από τη Γη.
«Μπορούμε επιτέλους να τεκμηριώσουμε την κατανόησή μας για τις τηλεσκοπικές παρατηρήσεις των θερμικών ιδιοτήτων ενός αστεροειδούς, αναλύοντας αυτά τα δείγματα από τον ίδιο ακριβώς αστεροειδή», δήλωσε ο Ballouz.