Vết sẹo của tiểu hành tinh kể về quá khứ của nó

Bằng cách nghiên cứu các dấu vết va chạm trên bề mặt của tiểu hành tinh Bennu – mục tiêu của sứ mệnh OSIRIS-REx của NASA – một nhóm các nhà nghiên cứu do Đại học Arizona dẫn đầu đã khám phá ra quá khứ của tiểu hành tinh và tiết lộ rằng mặc dù đã hình thành hàng trăm triệu năm trước nhưng Bennu lang thang vào khu vực lân cận của Trái đất chỉ rất gần đây.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, cung cấp một chuẩn mực mới để hiểu sự tiến hóa của các tiểu hành tinh, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về một quần thể các mảnh vỡ không gian nguy hiểm đối với tàu vũ trụ, và nâng cao hiểu biết của các nhà khoa học về hệ mặt trời.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hình ảnh và các phép đo dựa trên laser được thực hiện trong giai đoạn khảo sát kéo dài hai năm trong đó tàu vũ trụ OSIRIS-REx cỡ van quay quanh Bennu và phá kỷ lục là tàu vũ trụ nhỏ nhất quay quanh một vật thể nhỏ.

Được trình bày tại ngày khai mạc cuộc họp của Ban Khoa học Hành tinh của Hiệp hội Thiên văn Hoa Kỳ vào ngày 26 tháng 10, bài báo trình bày chi tiết những quan sát và đo lường đầu tiên của các hố va chạm trên các tảng đá riêng lẻ trên bề mặt hành tinh không có không khí kể từ khi tàu Apollo thực hiện sứ mệnh lên mặt trăng 50 năm trước.

Công bố được đưa ra chỉ vài ngày sau một cột mốc quan trọng cho sứ mệnh OSIRIS-REx của Đại học Arizona do NASA lãnh đạo. Vào ngày 20 tháng 10, tàu vũ trụ đã hạ cánh thành công đến tiểu hành tinh Bennu để lấy một mẫu từ bề mặt rải rác đá tảng của nó – lần đầu tiên NASA thực hiện. Mẫu vật hiện đã được cất giữ thành công và sẽ được đưa trở lại Trái đất để nghiên cứu vào năm 2023, nơi nó có thể cung cấp cho các nhà khoa học cái nhìn sâu sắc về các giai đoạn sớm nhất của sự hình thành hệ Mặt trời của chúng ta.

Impact Craters on Rocks Kể một câu chuyện

Mặc dù Trái đất đang hứng chịu hơn 100 tấn mảnh vụn vũ trụ mỗi ngày, nhưng hầu như không thể tìm thấy một bề mặt đá nào bị tác động bởi các vật thể nhỏ với vận tốc lớn. Nhờ bầu khí quyển của chúng ta, chúng ta có thể thưởng thức bất kỳ vật thể nào nhỏ hơn vài mét như một ngôi sao băng hơn là phải sợ bị tấn công bởi thứ về cơ bản tương đương với một viên đạn từ ngoài không gian.

Tuy nhiên, các thiên thể hành tinh thiếu một lớp bảo vệ như vậy, phải chịu toàn bộ gánh nặng của một trận vũ trụ vĩnh viễn, và chúng có những vết sẹo của riêng nó. Các hình ảnh có độ phân giải cao do tàu vũ trụ OSIRIS-REx chụp trong chiến dịch khảo sát kéo dài hai năm của nó cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu ngay cả những miệng núi lửa cực nhỏ, với đường kính từ một cm đến một mét, trên các tảng đá của Bennu.

Trung bình, nhóm nghiên cứu nhận thấy những tảng đá có kích thước từ 1 mét (3 feet) trở lên có thể bị sẹo ở bất cứ đâu từ một đến 60 hố – bị tác động bởi các mảnh vỡ không gian có kích thước từ vài mm đến hàng chục cm.

Tác giả chính của bài báo, Ronald Ballouz, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Mặt trăng và Hành tinh UA Arizona, đồng thời là một nhà khoa học thuộc nhóm phát triển OSIRIS-REx cho biết: “Tôi rất ngạc nhiên khi thấy những đặc điểm này trên bề mặt của Bennu. “Những tảng đá kể về lịch sử của chúng thông qua các miệng núi lửa mà chúng tích tụ theo thời gian. Chúng tôi chưa quan sát được bất cứ thứ gì như thế này kể từ khi các phi hành gia đi bộ trên mặt trăng.”

Đối với Ballouz, người lớn lên trong những năm 1990 ở Beirut, Lebanon sau nội chiến, hình ảnh một bề mặt đá với những hố va chạm nhỏ gợi lên ký ức tuổi thơ về việc xây dựng những bức tường đầy lỗ đạn ở quê nhà bị chiến tranh tàn phá.

“Nơi tôi lớn lên, các tòa nhà đều có lỗ đạn, và tôi chưa bao giờ quên nghĩ về điều đó”, anh nói. “Đó chỉ là một thực tế của cuộc sống. Vì vậy, khi tôi xem những hình ảnh từ tiểu hành tinh, tôi đã rất tò mò và ngay lập tức tôi nghĩ đây phải là những đặc điểm tác động.”

Các quan sát do Ballouz và nhóm của ông thực hiện đã thu hẹp khoảng cách giữa các nghiên cứu trước đây về các mảnh vỡ không gian lớn hơn vài cm, dựa trên các tác động lên mặt trăng và các nghiên cứu về các vật thể nhỏ hơn vài mm, dựa trên quan sát các thiên thạch đi vào bầu khí quyển của Trái đất và các tác động trên tàu vũ trụ.

Ballouz nói thêm: “Các vật thể hình thành nên miệng núi lửa trên tảng đá của Bennu nằm trong khoảng trống này mà chúng ta không thực sự biết nhiều về quỹ đạo quanh Trái đất. “Một tác động từ một trong những milimet để đối tượng cm kích thước ở tốc độ 45.000 dặm một giờ có thể nguy hiểm.”

Ballouz và nhóm của ông đã phát triển một kỹ thuật để định lượng sức mạnh của các vật thể rắn bằng cách sử dụng quan sát từ xa các miệng núi lửa trên bề mặt của các tảng đá – một công thức toán học cho phép các nhà nghiên cứu tính toán năng lượng va chạm tối đa mà một tảng đá có kích thước và sức mạnh nhất định có thể chịu đựng trước đó bị đập vỡ. Nói cách khác, sự phân bố miệng núi lửa được tìm thấy trên Bennu ngày nay lưu giữ một hồ sơ lịch sử về tần suất, kích thước và vận tốc của các sự kiện va chạm mà tiểu hành tinh đã trải qua trong suốt lịch sử của nó.

Ballouz cho biết: “Ý tưởng này thực sự khá đơn giản, sử dụng một tòa nhà tiếp xúc với hỏa lực của pháo binh như một sự tương tự với những tảng đá trên một tiểu hành tinh. “Chúng tôi hỏi, ‘Miệng núi lửa lớn nhất bạn có thể tạo ra trên bức tường đó trước khi bức tường tan rã là gì?’ Dựa trên quan sát của nhiều bức tường có cùng kích thước, nhưng với các miệng núi lửa có kích thước khác nhau, bạn có thể biết được một số ý tưởng về sức mạnh của bức tường đó. “

Ballouz cho biết điều tương tự cũng đúng đối với một tảng đá trên một tiểu hành tinh hoặc vật thể không có không khí khác, người nói thêm rằng phương pháp này có thể được sử dụng trên bất kỳ tiểu hành tinh hoặc vật thể không có không khí nào khác mà các phi hành gia hoặc tàu vũ trụ có thể đến thăm trong tương lai.

Ông giải thích: “Nếu một tảng đá bị một thứ gì đó lớn hơn một vật thể nào đó va phải với kích thước nhất định, nó sẽ biến mất. Nói cách khác, sự phân bố kích thước của các tảng đá tồn tại trên Bennu đóng vai trò là nhân chứng thầm lặng cho quá khứ địa chất của nó.

Một “người” mới đến vùng lân cận của Trái đất

Áp dụng kỹ thuật này đối với các tảng đá có kích thước khác nhau, từ đá cuội cho đến ga ra đậu xe, các nhà nghiên cứu có thể đưa ra suy luận về kích thước và loại tác động của các tảng đá và thời gian tiếp xúc.

Các tác giả kết luận rằng các miệng núi lửa lớn nhất trên các tảng đá của Bennu được tạo ra trong khi Bennu cư trú trong vành đai tiểu hành tinh, nơi tốc độ va chạm thấp hơn trong môi trường gần Trái đất, nhưng thường xuyên hơn và thường gần giới hạn mà các tảng đá có thể chịu được. Mặt khác, các miệng núi lửa nhỏ hơn được tạo ra gần đây hơn, trong thời gian của Bennu trong không gian gần Trái đất, nơi tốc độ va chạm cao hơn nhưng các tác động có khả năng gây rối ít phổ biến hơn nhiều.

Dựa trên những tính toán này, các tác giả xác định rằng Bennu là một vật thể tương đối mới đến vùng lân cận của Trái đất. Mặc dù nó được cho là đã hình thành trong vành đai tiểu hành tinh chính cách đây hơn 100 triệu năm, nhưng người ta ước tính rằng nó đã bị đá ra khỏi vành đai tiểu hành tinh và di cư đến lãnh thổ hiện tại của nó chỉ cách đây 1,75 triệu năm. Mở rộng kết quả cho các vật thể gần Trái đất khác, hoặc NEO, các nhà nghiên cứu cũng gợi ý rằng những vật thể này có thể đến từ các thiên thể mẹ thuộc loại tiểu hành tinh, phần lớn là đá với ít hoặc không có băng, thay vì sao chổi, có nhiều hơn đá hơn đá.

Trong khi các mô hình lý thuyết cho thấy vành đai tiểu hành tinh là hồ chứa NEO, không có bằng chứng quan sát nào về nguồn gốc của chúng ngoài các thiên thạch rơi xuống Trái đất và được thu thập. Theo Ballouz, với những dữ liệu này, các nhà nghiên cứu có thể xác nhận mô hình của họ về nguồn gốc của các NEO và có được ý tưởng về mức độ mạnh và rắn của các vật thể này – thông tin quan trọng cho bất kỳ nhiệm vụ tiềm năng nào nhắm vào các tiểu hành tinh trong tương lai để nghiên cứu, khai thác tài nguyên hoặc bảo vệ Trái đất khỏi tác động.

Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học Arizona cung cấp . Bản gốc do Daniel Stolte viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tham khảo Tạp chí :

1. R.-L. Ballouz, KJ Walsh, OS Barnouin, DN DellaGiustina, M. Al Asad, ER Jawin, MG Daly, WF Bottke, P. Michel, C. Avdellidou, M. Delbo, RT Daly, E. Asphaug, CA Bennett, EB Bierhaus, HC Connolly, DR Golish, JL Molaro, MC Nolan, M. Pajola, B. Rizk, SR Schwartz, D. Trang, CWV Wolner, DS Lauretta. Thời gian tồn tại gần Trái đất của Bennu là 1,75 triệu năm được suy ra từ các miệng núi lửa trên các tảng đá của nó . Tự nhiên , năm 2020; DOI: 10.1038 / s41586-020-2846-z