October 19, 2021
Permukaan Asteroid Bennu Mengejutkan Para Ilmuwan – Inilah Penyebab Minimnya Regolith Halus yang Misterius

Permukaan Asteroid Bennu Mengejutkan Para Ilmuwan – Inilah Penyebab Minimnya Regolith Halus yang Misterius

Ilmuwan misi OSIRIS-REx mengira mengambil sampel sepotong Bennu akan seperti berjalan-jalan di pantai, tetapi permukaan terjal yang mengejutkan terbukti lebih merupakan tantangan. Kredit: NASA/Goddard/University of Arizona

Menggunakan data dari NASA OSIRIS-REx misi, tim ilmuwan yang dipimpin Universitas Arizona menyimpulkan bahwa asteroid dengan batuan yang sangat berpori, seperti Bennu, harus kekurangan bahan berbutir halus di permukaannya.

Para ilmuwan mengira permukaan asteroid Bennu akan seperti pantai berpasir, berlimpah pasir halus dan kerikil, yang akan sempurna untuk mengumpulkan sampel. Pengamatan teleskop masa lalu dari orbit Bumi telah menunjukkan adanya petak besar bahan berbutir halus yang disebut regolith halus yang lebih kecil dari beberapa sentimeter.

Tetapi ketika pesawat ruang angkasa misi pengembalian sampel asteroid OSIRIS-REx yang dipimpin Universitas Arizona tiba di Bennu pada akhir 2018, tim misi melihat permukaan tertutup batu-batu besar. Kurangnya regolith halus yang misterius menjadi lebih mengejutkan ketika para ilmuwan misi mengamati bukti proses yang mampu menggiling batu-batu besar menjadi regolit halus.

Penelitian baru, diterbitkan di Alam dan dipimpin oleh anggota tim misi Saverio Cambioni, menggunakan pembelajaran mesin dan data suhu permukaan untuk memecahkan misteri tersebut. Cambioni adalah seorang mahasiswa pascasarjana di UArizona Lunar and Planetary Laboratory ketika penelitian dilakukan dan sekarang menjadi rekan pascadoktoral terkemuka di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planet di Massachusetts Institute of Technology. Dia dan rekan-rekannya akhirnya menemukan bahwa batuan Bennu yang sangat berpori bertanggung jawab atas kurangnya regolit halus di permukaan.

“‘REx’ dalam OSIRIS-REx adalah singkatan dari Regolith Explorer, jadi pemetaan dan karakterisasi permukaan asteroid adalah tujuan utama,” kata rekan penulis studi dan peneliti utama OSIRIS-REx Dante Lauretta, Profesor Ilmu Planet di Universitas Arizona. “Pesawat ruang angkasa mengumpulkan data resolusi sangat tinggi untuk seluruh permukaan Bennu, yang turun hingga 3 milimeter per piksel di beberapa lokasi. Di luar kepentingan ilmiah, kurangnya regolith yang bagus menjadi tantangan bagi misi itu sendiri, karena pesawat ruang angkasa itu dirancang untuk mengumpulkan materi semacam itu.”

Untuk mengumpulkan sampel untuk kembali ke Bumi, pesawat ruang angkasa OSIRIS-REx dibangun untuk bernavigasi di dalam area di Bennu yang kira-kira seukuran tempat parkir 100 ruang. Namun, karena banyaknya batu, lokasi pengambilan sampel yang aman dikurangi menjadi kira-kira seukuran lima tempat parkir. Wahana antariksa itu berhasil melakukan kontak dengan Bennu untuk mengumpulkan bahan sampel pada Oktober 2020.

Awal yang Sulit dan Jawaban yang Solid

“Ketika gambar pertama Bennu masuk, kami mencatat beberapa area di mana resolusinya tidak cukup tinggi untuk melihat apakah ada bebatuan kecil atau regolit halus. Kami mulai menggunakan pendekatan pembelajaran mesin kami untuk memisahkan regolith halus dari batu menggunakan data emisi termal (inframerah),” kata Cambioni.

Emisi termal dari regolit halus berbeda dengan batuan yang lebih besar, karena yang pertama dikendalikan oleh ukuran partikelnya, sedangkan yang kedua dikendalikan oleh porositas batuan. Tim pertama kali membangun perpustakaan contoh emisi termal yang terkait dengan regolit halus yang dicampur dalam proporsi berbeda dengan batuan dari berbagai porositas. Selanjutnya, mereka menggunakan teknik pembelajaran mesin untuk mengajari komputer cara “menghubungkan titik-titik” di antara contoh-contoh. Kemudian, mereka menggunakan perangkat lunak pembelajaran mesin untuk menganalisis emisi termal dari 122 area di permukaan Bennu yang diamati pada siang dan malam hari.

“Hanya algoritme pembelajaran mesin yang dapat secara efisien menjelajahi kumpulan data sebesar ini,” kata Cambioni.

Ketika analisis data selesai, Cambioni dan rekan-rekannya menemukan sesuatu yang mengejutkan: regolith halus tidak tersebar secara acak di Bennu tetapi lebih rendah di mana batuan lebih berpori, yang berada di sebagian besar permukaan.

Tim menyimpulkan bahwa sangat sedikit regolith halus yang dihasilkan oleh batuan berpori tinggi Bennu karena batuan ini terkompresi daripada terfragmentasi oleh dampak meteoroid. Seperti spons, rongga di bebatuan menahan pukulan meteor yang masuk. Temuan ini juga sesuai dengan eksperimen laboratorium dari kelompok penelitian lain.

“Pada dasarnya, sebagian besar energi tumbukan digunakan untuk menghancurkan pori-pori yang membatasi fragmentasi batuan dan produksi regolith halus baru,” kata rekan penulis studi Chrysa Avdellidou, seorang peneliti postdoctoral di French National Center for Scientific. Penelitian (CNRS) – Laboratorium Lagrange dari Observatorium dan Universitas Côte d’Azur di Prancis.

Selain itu, retakan yang disebabkan oleh pemanasan dan pendinginan batuan Bennu saat asteroid berotasi sepanjang siang dan malam berlangsung lebih lambat di batuan berpori daripada di batuan yang lebih padat, lebih lanjut membuat frustrasi produksi regolit halus.

“Ketika OSIRIS-REx mengirimkan sampel Bennu (ke Bumi) pada September 2023, para ilmuwan akan dapat mempelajari sampel secara detail,” kata Jason Dworkin, ilmuwan proyek OSIRIS-REx di NASA Goddard Space Flight Center. “Ini termasuk menguji sifat fisik batuan untuk memverifikasi penelitian ini.”

Misi lain memiliki bukti untuk mengkonfirmasi temuan tim. Misi Hayabusa 2 Badan Eksplorasi Luar Angkasa Jepang ke Ryugu, asteroid berkarbon seperti Bennu, menemukan bahwa Ryugu juga tidak memiliki regolit halus dan memiliki batuan yang sangat berpori. Sebaliknya, JAXAMisi Hayabusa ke asteroid Itokawa pada tahun 2005 mengungkapkan regolit halus yang melimpah di permukaan Itokawa, asteroid tipe S dengan batuan dengan komposisi berbeda dari Bennu dan Ryugu. Sebuah studi sebelumnya oleh Cambioni dan rekan-rekannya memberikan bukti bahwa batuan Itokawa kurang berpori daripada Bennu dan Ryugu, menggunakan pengamatan dari Bumi.

“Selama beberapa dekade, para astronom memperdebatkan bahwa asteroid kecil yang dekat dengan Bumi dapat memiliki permukaan batu yang telanjang. Bukti paling tak terbantahkan bahwa asteroid kecil ini dapat memiliki regolit halus yang substansial muncul ketika pesawat ruang angkasa mengunjungi asteroid tipe S Eros dan Itokawa pada 2000-an dan menemukan regolit halus di permukaannya,” kata rekan penulis studi Marco Delbo, direktur penelitian CNRS, juga di Laboratorium Lagrange.

Tim memperkirakan bahwa petak besar regolith halus seharusnya tidak umum pada asteroid berkarbon, yang merupakan yang paling umum dari semua jenis asteroid dan dianggap memiliki batuan berporositas tinggi seperti Bennu. Sebaliknya, medan yang kaya akan regolit halus seharusnya umum ditemukan pada asteroid tipe S, yang merupakan kelompok paling umum kedua di tata surya, dan diperkirakan memiliki batuan yang lebih padat dan kurang berpori daripada asteroid berkarbon.

“Ini adalah bagian penting dalam teka-teki tentang apa yang mendorong keragaman permukaan asteroid. Asteroid dianggap sebagai fosil tata surya, jadi memahami evolusi yang mereka alami dalam waktu sangat penting untuk memahami bagaimana tata surya terbentuk dan berevolusi, ”kata Cambioni. “Sekarang kita mengetahui perbedaan mendasar antara asteroid berkarbon dan asteroid tipe S, tim masa depan dapat mempersiapkan misi pengumpulan sampel dengan lebih baik tergantung pada sifat asteroid target.”

Referensi: “Produksi regolit halus pada asteroid yang dikendalikan oleh porositas batuan” oleh S. Cambioni, M. Delbo, G. Poggiali, C. Avdellidou, AJ Ryan, JDP Deshapriya, E. Asphaug, R.-L. Ballouz, MA Barucci, CA Bennett, WF Bottke, JR Brucato, KN Burke, E. Cloutis, DN DellaGiustina, JP Emery, B. Rozitis, KJ Walsh dan DS Lauretta, 6 Oktober 2021, Nature.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03816-5

University of Arizona memimpin tim sains OSIRIS-REx dan perencanaan observasi sains misi dan pemrosesan data. Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, menyediakan manajemen misi secara keseluruhan, rekayasa sistem, dan jaminan keselamatan dan misi untuk OSIRIS-REx. Lockheed Martin Space di Littleton, Colorado, membangun pesawat ruang angkasa dan menyediakan operasi penerbangan. Goddard dan KinetX Aerospace bertanggung jawab untuk menavigasi pesawat ruang angkasa OSIRIS-REx. OSIRIS-REx adalah misi ketiga dalam Program Perbatasan Baru NASA, yang dikelola oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, untuk Direktorat Misi Sains badan tersebut di Washington, DC