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Regolite fine? Non cercatela sugli asteroidi porosi

Se la superficie di asteroidi carbonacei come Bennu e Ryugu – destinazioni rispettivamente delle missioni spaziali Osiris-Rex e Hayabusa 2 – non è coperta da grandi quantità di materiale noto come regolite fine, simile alla sabbia delle nostre spiagge, la causa è da ricercare nell’alta porosità delle loro rocce. Sono i risultati ottenuti da un team internazionale, che vede un’importante partecipazione di ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica

     06/10/2021
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Bennu

L’asteroide Bennu in un mosaico d’immagini riprese dalla sonda Nasa Osiris-Rex. Crediti: Nasa/Goddard/University of Arizona

Quando la missione della Nasa Osiris-Rex ha raggiunto l’asteroide Bennu nel 2018, gli scienziati si aspettavano di trovare una superficie ricoperta di regolite fine: materiale formato da piccoli granelli o ciottoli grandi al massimo qualche centimetro, simile alla sabbia che si trova sulle spiagge del nostro pianeta. C’erano simili aspettative anche per la missione Hayabusa 2 dell’Agenzia spaziale giapponese Jaxa, che nello stesso anno ha raggiunto l’asteroide Ryugu. Una volta in prossimità di questi due piccoli corpi, invece, entrambe le sonde hanno rivelato terreni rocciosi, sorprendentemente coperti di massi e con pochissima regolite fine.

Un nuovo studio, guidato dal ricercatore italiano Saverio Cambioni, con la partecipazione di Giovanni Poggiali e John R. Brucato dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, ha finalmente risolto il mistero: sarebbe la natura molto porosa delle rocce di questi asteroidi a spiegare l’assenza di regolite fine sulla loro superficie.

«Quando sono arrivate le prime immagini da Bennu, abbiamo notato alcune regioni in cui la risoluzione non era sufficiente per fare distinzione tra piccole rocce e regolite fine, così abbiamo iniziato a usare il nostro nuovo metodo di intelligenza artificiale per riconoscere la regolite fine dalle rocce usando l’emissione in infrarosso registrata dalla sonda», spiega Saverio Cambioni, primo autore dell’articolo pubblicato oggi su Nature, che ha condotto questa ricerca durante il dottorato presso l’Università dell’Arizona, negli Stati Uniti, e oggi è ricercatore post-doc presso il Massachusetts Institute of Technology.

Osiris-Rex ha raccolto immagini ad alta risoluzione – fino a 3 millimetri per pixel – su tutta la superficie di Bennu per tracciarne una mappa e studiarlo in dettaglio: caratterizzare l’asteroide è uno degli obiettivi principali della missione. L’assenza di regolite fine in superficie ha posto non solo un quesito scientifico, ma anche una sfida tecnica: la sonda era stata progettata per raccogliere un campione dell’asteroide da una superficie ricca di regolite fine, non tra massi e rocce. Si è dovuta così ridurre drasticamente l’area di campionamento su Bennu da una regione grande circa 160 metri, la dimensione di un parcheggio per 100 auto, fino a 8 metri, confrontabile con un parcheggio per sole 5 auto. L’operazione è avvenuta con successo lo scorso 20 ottobre.

Dettaglio della superficie di Bennu. Crediti: Nasa/University of Arizona/Csa/York University/Open University/Mda

«Per distinguere il contributo della regolite fine da quello della roccia e fare uno studio globale della superficie, è stato necessario mettere insieme un grande database di regioni osservate sia nel giorno e nella notte», afferma Giovanni Poggiali, co-autore dello studio e ricercatore Inaf a Firenze.

L’emissione termica rilasciata dalla regolite fine, che dipende dalla dimensione dei suoi granelli, è diversa dall’emissione prodotta da rocce più grandi, che dipende invece dalla loro porosità. Per questo il team ha simulato l’emissione prodotta da diverse miscele di regolite fine e rocce di varia porosità, insegnando a un algoritmo come riconoscere i diversi terreni e confrontarli con osservazioni della superficie di Bennu.

L’analisi dei dati ha mostrato che la regolite fine non è distribuita in maniera casuale su Bennu ma che, laddove le rocce sono più porose – ovvero su gran parte dell’asteroide – se ne trova sistematicamente di meno. Questo suggerisce che le rocce altamente porose del corpo celeste producano meno regolite fine perché vengono compattate – e non frammentate, come avviene per rocce meno porose – a seguito di impatti meteorici: le cavità all’interno delle rocce aiuterebbero ad attutire il colpo delle meteoriti, risultando in una minore produzione di frammenti. Inoltre, le rocce porose si romperebbero più lentamente a causa del ciclo diurno di riscaldamento e raffreddamento dell’asteroide, inibendo ancora di più la formazione della regolite fine.

«Con l’intelligenza artificiale, usata per la prima volta in questo tipo di ricerca, siamo riusciti ad andare molto più a fondo nell’analisi dei dati spettroscopici evidenziando proprietà uniche dei materiali che costituiscono gli asteroidi primitivi come Bennu e Ryugu», commenta John Brucato, co-autore dello studio e ricercatore Inaf a Firenze.

Saverio Cambioni, ricercatore al Massachusetts Institute of Technology.

I risultati dell’analisi di Bennu sono in accordo con quanto riscontrato da esperimenti di laboratorio indipendenti. Anche per l’asteroide Ryugu, Cambioni e colleghi propongono che sarebbe la porosità delle sue rocce a spiegare la mancanza di regolite fine osservata da Hayabusa 2. Analogamente, l’abbondanza di questo materiale registrata nel 2005 dalla precedente missione Jaxa, Hayabusa, su un altro asteroide di tipo diverso, Itokawa, sarebbe dovuta a una minore porosità delle sue rocce, determinata dai ricercatori utilizzando osservazioni da Terra. Secondo il team, la regolite fine sarebbe rara sugli asteroidi carbonacei come Bennu e Ryugu, che sono il tipo più comune di asteroidi e si pensa siano formati da rocce molto porose. La regolite fine sarebbe invece abbondante sugli asteroidi di tipo S come Itokawa, che sono il secondo tipo più comune di asteroidi e le cui rocce sarebbero più dense e meno porose.

«Gli asteroidi sono fossili della formazione del Sistema solare, ma studi recenti – incluso il nostro – stanno mostrando come in realtà alcuni asteroidi siano molto evoluti», conclude Cambioni. «Capire i processi di evoluzione degli asteroidi è importante per comprendere l’evoluzione del Sistema solare e del nostro pianeta. Per far luce su questo aspetto, dovremo visitare più asteroidi in futuro per raccogliere campioni da riportare e analizzare sulla Terra. Il nostro studio permetterà di capire in anticipo la natura delle superfici degli asteroidi, e quindi di pianificare le missioni di conseguenza».

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature l’articolo “Fine-regolith production on asteroids controlled by rock porosity”, di S. Cambioni, M. Delbo, G. Poggiali, C. Avdellidou, A.J. Ryan, J.D.P. Deshapriya, E. Asphaug, R.-L. Ballouz, M.A. Barucci, C.A. Bennett, W.F. Bottke, J.R. Brucato, K.N. Burke, E. Cloutis, D.N. DellaGiustina, J.P. Emery, B. Rozitis, K.J. Walsh e D.S. Lauretta