Les scientifiques pensaient que la surface de l'astéroïde Bennu ressemblerait à une plage de sable, abondant en sable fin et galets, ce qui aurait été parfait pour prélever des échantillons. Des observations antérieures au télescope depuis l'orbite terrestre avaient suggéré la présence de larges bandes de matériau à grains fins appelés régolithes fins, d'une taille inférieure à quelques centimètres.

Mais lorsque le vaisseau spatial de la mission de retour d'échantillons d'astéroïdes OSIRIS-REx de l'Université d'Arizona de la NASA est arrivé à Bennu fin 2018, l'équipe de la mission a vu une surface couverte de rochers. Le manque mystérieux de régolithe fin est devenu encore plus surprenant lorsque les scientifiques de la mission ont observé des preuves de processus capables de broyer des rochers en un régolithe fin.

Nouvelle recherche, Publié dans La nature et dirigé par le membre de l'équipe de mission Saverio Cambioni, utilisé l'apprentissage automatique et les données de température de surface pour résoudre le mystère. Cambioni était étudiant diplômé au laboratoire lunaire et planétaire de l'UArizona lorsque la recherche a été menée et est maintenant chercheur postdoctoral distingué au département de la Terre, Sciences atmosphériques et planétaires au Massachusetts Institute of Technology. Lui et ses collègues ont finalement découvert que les roches très poreuses de Bennu étaient responsables du manque surprenant de régolithe fin de la surface.

"Le 'REx' dans OSIRIS-REx signifie Regolith Explorer, donc cartographier et caractériser la surface de l'astéroïde était un objectif principal, " a déclaré Dante Lauretta, co-auteur de l'étude et chercheur principal d'OSIRIS-REx, un professeur Regents de sciences planétaires à l'Université de l'Arizona. "Le vaisseau spatial a collecté des données à très haute résolution pour toute la surface de Bennu, qui était tombé à 3 millimètres par pixel à certains endroits. Au-delà de l'intérêt scientifique, le manque de régolithe fin est devenu un défi pour la mission elle-même, parce que le vaisseau spatial a été conçu pour collecter de tels matériaux."

Pour prélever un échantillon pour retourner sur Terre, le vaisseau spatial OSIRIS-REx a été construit pour naviguer dans une zone de Bennu à peu près de la taille d'un parking de 100 places. Cependant, à cause de nombreux rochers, le site d'échantillonnage sûr a été réduit à environ la taille de cinq places de stationnement. Le vaisseau spatial a réussi à entrer en contact avec Bennu pour collecter des échantillons de matériel en octobre 2020.

Un début difficile et des réponses solides

"Quand les premières images de Bennu sont arrivées, nous avons noté certaines zones où la résolution n'était pas assez élevée pour voir s'il y avait des petites roches ou du régolithe fin. Nous avons commencé à utiliser notre approche d'apprentissage automatique pour séparer le régolithe fin des roches à l'aide de données d'émission thermique (infrarouges), " a déclaré Cambioni.

L'émission thermique du régolithe fin est différente de celle des roches plus grosses, parce que le premier est contrôlé par la taille de ses particules, tandis que ce dernier est contrôlé par la porosité de la roche. L'équipe a d'abord construit une bibliothèque d'exemples d'émissions thermiques associées à des régolithes fins mélangés dans différentes proportions avec des roches de porosité variable. Prochain, ils ont utilisé des techniques d'apprentissage automatique pour enseigner à un ordinateur comment « relier les points » entre les exemples. Puis, ils ont utilisé le logiciel d'apprentissage automatique pour analyser l'émission thermique de 122 zones à la surface de Bennu observées à la fois pendant la journée et la nuit.

"Seul un algorithme d'apprentissage automatique pourrait explorer efficacement un ensemble de données aussi volumineux, " a déclaré Cambioni.

Une fois l'analyse des données terminée, Cambioni et ses collaborateurs ont trouvé quelque chose de surprenant :le régolithe fin n'était pas distribué au hasard sur Bennu mais était plutôt plus bas là où les roches étaient plus poreuses, qui était sur la majeure partie de la surface.

L'équipe a conclu que très peu de régolithe fin est produit par les roches très poreuses de Bennu parce que ces roches sont comprimées plutôt que fragmentées par les impacts de météorites. Comme une éponge, les vides dans les roches amortissent le coup des météores entrants. Ces résultats sont également en accord avec les expériences de laboratoire d'autres groupes de recherche.

"Essentiellement, une grande partie de l'énergie de l'impact sert à écraser les pores limitant la fragmentation des roches et la production de nouveau régolithe fin, " a déclaré Chrysa Avdellidou, co-auteur de l'étude, chercheur postdoctoral au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) – Laboratoire Lagrange de l'Observatoire et Université de la Côte d'Azur en France.

En outre, la fissuration causée par le chauffage et le refroidissement des roches de Bennu lorsque l'astéroïde tourne le jour et la nuit se produit plus lentement dans les roches poreuses que dans les roches plus denses, frustrant davantage la production de régolithe fin.

"Quand OSIRIS-REx livre son échantillon de Bennu (sur Terre) en septembre 2023, les scientifiques pourront étudier les échantillons en détail, " a déclaré Jason Dworkin, Scientifique du projet OSIRIS-REx au Goddard Space Flight Center de la NASA. "Cela comprend le test des propriétés physiques des roches pour vérifier cette étude."

D'autres missions ont des preuves pour confirmer les conclusions de l'équipe. La mission Hayabusa 2 de l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale à Ryugu, un astéroïde carboné comme Bennu, ont constaté que Ryugu manque également de régolithe fin et a des roches très poreuses. Inversement, La mission Hayabusa de la JAXA sur l'astéroïde Itokawa en 2005 a révélé d'abondants régolithes fins à la surface d'Itokawa, un astéroïde de type S avec des roches d'une composition différente de celle de Bennu et Ryugu. Une étude précédente de Cambioni et de ses collègues a prouvé que les roches d'Itokawa sont moins poreuses que celles de Bennu et Ryugu, en utilisant les observations de la Terre.

"Depuis des décennies, les astronomes ont contesté que petit, les astéroïdes géocroiseurs pourraient avoir des surfaces rocheuses nues. La preuve la plus indiscutable que ces petits astéroïdes pourraient avoir un régolithe fin substantiel est apparue lorsque le vaisseau spatial a visité les astéroïdes de type S Eros et Itokawa dans les années 2000 et a trouvé un régolithe fin sur leurs surfaces, " a déclaré le co-auteur de l'étude Marco Delbo, directeur de recherche au CNRS, également au Laboratoire Lagrange.

L'équipe prédit que de grandes bandes de régolithe fin devraient être rares sur les astéroïdes carbonés, qui sont les plus courants de tous les types d'astéroïdes et dont on pense qu'ils ont des roches à haute porosité comme Bennu. En revanche, les terrains riches en régolithe fin devraient être communs sur les astéroïdes de type S, qui sont le deuxième groupe le plus répandu dans le système solaire, et on pense qu'ils sont plus denses, des roches moins poreuses que les astéroïdes carbonés.

"C'est une pièce importante dans le puzzle de ce qui détermine la diversité des surfaces des astéroïdes. On pense que les astéroïdes sont des fossiles du système solaire, il est donc crucial de comprendre l'évolution qu'ils ont subie dans le temps pour comprendre comment le système solaire s'est formé et a évolué, " a déclaré Cambioni. "Maintenant que nous connaissons cette différence fondamentale entre les astéroïdes carbonés et de type S, les futures équipes pourront mieux préparer les missions de prélèvement d'échantillons en fonction de la nature de l'astéroïde cible."

L'Université de l'Arizona dirige l'équipe scientifique OSIRIS-REx et la planification de l'observation scientifique et le traitement des données de la mission. Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, assure la gestion globale de la mission, ingénierie des systèmes, et la sécurité et l'assurance de mission pour OSIRIS-REx. Espace Lockheed Martin à Littleton, Colorado, construit le vaisseau spatial et assure les opérations de vol. Goddard et KinetX Aerospace sont responsables de la navigation du vaisseau spatial OSIRIS-REx. OSIRIS-REx est la troisième mission du programme New Frontiers de la NASA, géré par le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama, pour la Direction des missions scientifiques de l'agence à Washington, D.C.