NASAOSIRIS-REx航天器抵达小行星Bennu不久后,该任务的科学团队意外发现,这颗小行星可能是活跃的,或持续向太空发射粒子。正在对Bennu的研究及其最终将返回地球的样本可能会阐明这种有趣现象为何发生的原因。

1月6日,在航天器进入其Bennu的第一个轨道一周后,OSIRIS-REx探测器的导航摄像机拍摄到的图像中,首次观察到了粒子喷射事件。乍一看,这些粒子似乎是小行星背后的恒星发射的,但仔细观察后,研究小组意识到,这颗小行星正在从其表面喷出物质。在得出这些粒子不会危及航天器安全的结论后,任务小组开始了专门的观测,以便全面记录这些活动。

“在Bennu的许多惊喜中,粒子的喷射激发了我们的好奇心,我们在过去的几个月中一直在研究这个谜团。”图森亚利桑那大学OSIRIS-REx首席研究员丹特·劳雷塔塔(DanteLauretta)说,“这是一个扩展我们对小行星如何运行知识的绝佳机会。”

在研究了观测结果后,任务小组在12月6日发表的《科学》杂志上发表了他们的发现。该研究小组观察了1月6日、19日和2月11日发生的三次最大的粒子喷发事件,并得出结论说这些事件起源于Bennu表面的不同位置。第一个事件起源于南半球,第二个和第三个事件发生在赤道附近。所有这三件事都发生在Bennu的傍晚。

研究小组发现,这些粒子从小行星表面弹射出来后,要么短暂地绕着Bennu旋转,然后落回其表面,要么从Bennu逃逸进入太空。观测到的粒子以每秒10英尺(3米)的速度移动,大小从小于1英寸到4英寸(10厘米)不等。在1月6日发生的最大规模的活动中,航天器大约观察到了200个粒子。

这张1月6日小行星Bennu从其表面喷射粒子的照片是由NASA的OSIRIS-REx上的NavCam1成像仪拍摄的两张图像合成的:一张短曝光图像(1.4ms),清晰地显示了小行星,另一张长曝光图像(5秒),清晰地显示了粒子。照片还应用了其他图像处理技术,例如裁剪和调整每个图层的亮度和对比度。
来源:NASA/Goddard/UniversityofArizona/LockheedMartin

研究小组研究了各种可能导致喷射事件的机理,并将候选范围缩小到三个:流星撞击、热应力破裂和蒸气释放。

流星撞击在Bennu的深空附近很常见,这些小块的太空岩石可能会撞击到Bennu,而OSIRIS-REx无法观测到,并以其撞击的动量晃动松散的颗粒

这个动画演示了1月19日从Bennu表面喷射出的粒子的建模轨迹。从小行星表面喷出后,这些粒子要么短暂地围绕着Bennu旋转,然后落回其表面,要么从Bennu逃逸进入太空。
来源:NASA/Goddard/UniversityofArizona/Lauretta&Hergenrotheretal.,Science10.1126

研究小组还认为,热应力破裂是另一种合理的解释。Bennu的表面温度在其4.3小时的旋转周期内变化剧烈。尽管夜晚的时候非常寒冷,但小行星的表面在下午显著变暖,这是三个主要事件发生的时间。由于温度的变化,岩石可能开始破裂,最终粒子可能从表面喷射出来。这个循环被称为热应力破裂。

水蒸气释放也可以解释小行星的活动。当Bennu的锁水粘土被加热时,水会开始释放并产生压力。当压力在岩石的裂缝和孔中积聚时,吸收的水分就会被释放出来,表面就会被搅动,导致颗粒喷发。

但大自然不会总是能够简单的解释。“可能不止一种可能的机制在起作用,”论文作者之一、NASA帕萨迪纳喷气推进实验室高级研究科学家史蒂夫·切斯利(SteveChesley)说。“例如,热应力破裂可以将彗星表面切割成小块,使流星撞击更容易将小块卵石送入太空。”

如果热应力破裂、流星撞击,或者两者兼有之,那么这种现象很可能发生在所有的小小行星上,因为它们都经历过这些机制。然而,如果水蒸气释放是这些喷射事件的原因,那么这种现象将特定于含有含水矿物的小行星,例如Bennu。

Bennu的活动提供了一次收集样品并返回地球进行研究更大的机会。许多喷射出的粒子足够小,足以被航天器的采样装置收集,这意味着返回的样本可能包含一些被喷射出并返回到本努表面的物质。确定特定的粒子已被弹出并返回Bennu可能是一项科学壮举,类似于在大海捞针中找到针头。然而,从本努返回地球的物质几乎可以肯定会增进我们对小行星及其异同方式的理解,即使粒子喷射现象仍然是个谜,我们也会以数据和进一步研究的材料的形式带回这些线索。

样品采集计划于2020年夏季进行,样品将于2023年9月送达地球。

NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心为OSIRIS-REx提供全面的任务管理、系统工程以及安全和任务保障。位于图森市的亚利桑那大学的丹蒂·洛雷塔(DanteLauretta)是首席研究员,亚利桑那大学还领导着科学团队和该团队的科学观测计划和数据处理。位于丹佛的洛克希德·马丁太空公司制造了这艘宇宙飞船,并提供飞行操作。Goddard和KinetXAerospace负责OSIRIS-REx航天器的导航。OSIRIS-REx是NASA新边界计划的第三项任务,该项目由位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔航天飞行中心管理,隶属于该机构在华盛顿的科学任务委员会。

来源:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/osiris-rex-explains-bennus-mysterious-particles

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