Après avoir volé dans l'espace pendant plus de deux ans, Le vaisseau spatial de la NASA OSIRIS-REx (Origines, Interprétation spectrale, Identification des ressources, Security-Regolith Explorer) est récemment entré en orbite autour de sa cible, l'astéroïde Bennu. Les astéroïdes comme Bennu sont considérés comme des restes de débris de la formation de notre système solaire. Donc, dans la première mission de ce genre pilotée par la NASA, OSIRIS-REx cherche à récupérer un échantillon et à le ramener sur Terre.

En plus de plusieurs instruments à bord du vaisseau spatial, il y a un spectromètre d'imagerie à rayons X REgolith (REXIS) construit par des étudiants du MIT, qui fournira des données pour aider à sélectionner le site d'échantillonnage, ainsi que d'autres objectifs de la mission, notamment la caractérisation de l'astéroïde et de ses comportements, et en les comparant aux observations au sol. REXIS est un projet conjoint entre le MIT Department of Earth, Sciences de l'atmosphère et des planètes (EAPS), Département d'aéronautique et d'astronautique du MIT (AeroAstro), l'observatoire du Harvard College, l'Institut Kavli du MIT pour l'astrophysique et la recherche spatiale, et le laboratoire MIT Lincoln.

Peu de temps après son arrivée à Bennu, Les chercheurs d'OSIRIS-REx ont annoncé avoir identifié de l'eau sur l'astéroïde, pouvant avoir un impact sur le choix du site d'échantillonnage. EAPS s'est entretenu avec Richard Binzel, un expert des astéroïdes au MIT et co-investigateur de cette mission, diriger le développement de REXIS—sur le rôle de l'instrument et ce que cette découverte signifie pour l'utilisation future d'appareils similaires. Binzel est également professeur de sciences planétaires à EAPS avec une nomination conjointe à AeroAstro, et un membre de la faculté Margaret MacVicar.

Q :Quel est le but de REXIS, dans le cadre de la mission OSIRIS-REx ?

R :Le but de la mission OSIRIS-REx est d'obtenir un échantillon vierge de la surface de l'astéroïde, Bennou, qui a certains des plus originaux, survivre à la chimie depuis le tout début de notre système solaire. L'astéroïde est comme une capsule temporelle, qui va nous dire quel était l'état de notre système solaire lorsqu'il s'est formé il y a 4,56 milliards d'années.

L'objectif de REXIS est de cartographier la composition de Bennu à l'appui de la mission, choisir l'emplacement de cet échantillon. L'objectif est d'aller sur l'astéroïde et de passer jusqu'à un an à l'étudier en détail pour déterminer quel emplacement peut nous donner le meilleur retour scientifique. Il s'agit d'une évaluation et d'une caractérisation progressives de l'astéroïde :nous subirons des orbites qui descendront progressivement jusqu'au point où nous verrons la surface avec des détails extrêmement précis, comme les caractéristiques des cratères et des rochers. De cette façon, nous savons où nous allons toucher la surface, prendre un échantillon, et l'amener en toute sécurité à bord du vaisseau spatial.

Pour faire ça, à bord d'OSIRIS-REx, il y a une suite d'instruments :des caméras visibles et des spectromètres principalement dans les longueurs d'onde visibles et proches infrarouges qui cartographient la surface de l'astéroïde, en plus du REXIS du MIT, le spectromètre d'imagerie à rayons X REgolith. REXIS complète tous les autres instruments et contribue au reste des données en voyant en lumière X. Aucun autre instrument sur OSIRIS-REx ne verra la surface à la lumière des rayons X. Donc, c'est assez unique dans l'exploration planétaire, et le fait qu'il ait été construit par des étudiants est encore plus étonnant.

Un de nos objectifs est de corroborer la cartographie minérale effectuée par les autres instruments. Les spectromètres visible et proche infrarouge sont sensibles à la composition minérale de la surface, et REXIS mesure les éléments atomiques individuels qui sont présents. L'une des choses que nous voulons accomplir est de voir si les éléments atomiques que nous mesurons sont cohérents avec les minéraux que les autres instruments mesurent et vice versa.

Q :Comment fonctionne REXIS ?

R :REXIS fonctionne en tirant parti des émissions de rayons X du soleil. Certains de ces rayons X frappent l'astéroïde et interagissent avec les atomes à la surface :ils sont absorbés et modifient le niveau d'énergie des électrons dans les atomes. Lorsque les atomes reviennent à leur état fondamental, ils émettent un photon de rayon X, ce qui signifie que les rayons X du soleil ont fait briller ou fluorescent l'astéroïde.

REXIS mesure l'énergie et les emplacements des rayons X qui émettent une fluorescence loin de la surface de l'astéroïde, et les énergies nous disent quels atomes sont présents. L'énergie d'un photon de rayon X émis par un atome correspond exactement à l'énergie entre deux orbitales électroniques. Chaque atome a sa propre signature unique d'états énergétiques, on peut donc en déduire la composition élémentaire de la surface de l'astéroïde.

Nous allons chercher des choses comme le fer, silicium, oxygène, et le soufre, des éléments constitutifs très basiques des corps planétaires. Nous pourrons mesurer ces abondances et déterminer la composition de cet astéroïde.

Maintenant, nous effectuons toutes sortes de mesures d'étalonnage, et nous apprenons les caractéristiques de l'instrument dans l'espace :les manières dont il fonctionne comme prévu et les différences. Cela fait partie de la conception de l'instrument pour surveiller la sortie du soleil et calibrer les observations d'astéroïdes, en tenant compte de toute variation par rapport au soleil. REXIS a deux parties :une partie est le spectromètre principal qui mesure les rayons X émis par la surface de l'astéroïde; le second est un petit moniteur à rayons X solaire ou SXM, et il regarde constamment la sortie du soleil, qui varie sur des échelles de temps de quelques minutes, les heures, et jours. Par ici, si nous regardons un endroit sur l'astéroïde et que nous voyons cette énorme fluorescence X, nous saurons si c'est l'astéroïde qui est spécial à cet endroit, ou si c'était juste une éruption solaire, qui se produisait en même temps. Nous examinons également le fond de rayons X cosmique ou CXB et calibrons la sensibilité de notre instrument en regardant une constante, forte source de rayons X dans le ciel appelée la nébuleuse du crabe.

Nous étalonnons également les mesures REXIS par rapport aux mesures de laboratoire de météorites, et nous allons pouvoir identifier à quel type de météorite Bennu ressemble le plus. Si nous voyons une variation à travers la surface, nous pourrons dire quelles régions ont le plus de similitudes avec les météorites connues, et cela peut nous guider quant à l'endroit où nous obtenons notre échantillon.

Q :La NASA a annoncé avoir trouvé des traces d'eau sur Bennu. Qu'est-ce que cela signifie pour REXIS et d'où provient l'échantillon ?

R :La mission OSIRIS-REx a trouvé des preuves de la présence de minéraux hydratés à la surface de l'astéroïde Bennu. Ces minéraux se forment lorsque les molécules d'eau réagissent avec des matériaux rocheux et font partie de la structure cristalline. Des études sur les météorites suggèrent que ce processus s'est produit très tôt dans l'histoire du système solaire. Cette découverte nous dit que la surface de Bennu n'a pas été chauffée à des températures suffisamment élevées pour décomposer ces minéraux et libérer l'eau. Bennu semble contenir cette eau primordiale, fournir des indices sur la façon dont ces matériaux ont été livrés sur Terre, menant à un monde habitable.

C'est une nouvelle alléchante pour REXIS car l'un des éléments atomiques que nous allons rechercher est l'oxygène, qui est bien sûr un constituant majeur de l'eau, et REXIS a le potentiel de confirmer la découverte de ces molécules d'eau dans les minéraux de Bennu.

De nombreux facteurs entrent en ligne de compte dans la décision de l'endroit où échantillonner. Tout d'abord, nous devons déterminer quelles parties de la surface sont sûres d'aller, que nous savons que le vaisseau spatial peut naviguer, obtenir un échantillon, et revenez sain et sauf. Alors de toutes les régions sûres, lesquelles sont les plus intéressantes sur le plan scientifique, sur la base de ce que nous appelons la carte des valeurs scientifiques. L'objectif est d'avoir une compréhension complète de la composition de la surface de l'astéroïde et de sa variabilité. Puis, nous voulons trouver un endroit pour échantillonner que nous pensons avoir la chimie organique la plus originale du début du système solaire, et donc les endroits sur Bennu qui peuvent avoir une signature d'eau seraient très intéressants à échantillonner.

Actuellement, nous sommes encore assez loin de l'astéroïde et avançons lentement vers des distances orbitales inférieures. Nous atteindrons la distance orbitale pour que REXIS commence ses opérations scientifiques en juin prochain. Puis, REXIS déterminera la composition de l'astéroïde en termes d'éléments atomiques. Lorsque nous récupérons l'échantillon, nous pourrons vérifier si REXIS a bien compris. Si nous le faisions, cela signifie que nous pouvons envoyer un instrument de type REXIS n'importe où dans le système solaire et obtenir une empreinte fiable de la composition détaillée de la composition de ces objets.

Si REXIS réussit, cela montre qu'avec un petit instrument, vous pouvez obtenir une grande science. Notre surnom pour REXIS est, "le petit spectromètre qui pourrait."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.