Alla scoperta di Bennu prima della raccolta dei campioni

La sonda spaziale OSIRIS-REx della NASA, lanciata l'8 settembre 2016, è la prima missione statunitense progettata per recuperare un campione incontaminato di un asteroide e riportarlo sulla Terra per ulteriori studi. L'obiettivo della missione è Bennu, un asteroide vicino alla Terra potenzialmente pericoloso, che ha circa 1 possibilità su 2700 di avere un impatto con il nostro pianeta alla fine del XXII° secolo

Gli scienziati ritengono che l'asteroide possa contenere i precursori molecolari dell'origine della vita sulla Terra e negli oceani terrestri. Quindi, uno degli obiettivi principali della missione è determinare le proprietà fisiche e chimiche dell'asteroide.

Un asteroide ricco di materiali organici e carbonatici

Nel primo studio, il team, guidato da Amy Simon del Goddard Space Flight Center della NASA, ha esaminato Bennu nel visibile e nel vicino infrarosso. Oltre ad una banda di assorbimento associata al fillosilicato idratato, una risposta a 3,4 micron è onnipresente sulla superficie dell'asteroide. Questa viene attribuita ad una miscela di materiali organici e carbonatici, rilevabile anche nel sito principale selezionato dalla missione, Nightingale, dove la sonda farà il primo tentativo di raccolta dei campioni il 20 ottobre. "Gli assorbimenti più profondi si verificano su singoli massi", si legge nel documento, "le variazioni possono essere dovute a differenze di abbondanza, esposizione recente o agenti atmosferici spaziali".

La mappa da 3,2 a 3,6 μm, che mostra l'assorbimento dovuto ai materiali contenenti carbonio.
Crediti: Simon et al., Science (2020) - Processing: Marco Di Lorenzo

L'incontro avverrà a 334 milioni di chilometri dalla Terra, durerà circa 10 secondi e, se avrà successo, OSIRIS-REx ruberà fino a 1 chilogrammo di materiale all'asteroide per riportarlo sulla Terra nel 2023.

Bennu, largo circa 500 metri, ha già riservato diverse sorprese: non era lisci come previsto, ma costellato di più di 200 grandi massi; ogni tanto, espelle ciottoli delle dimensioni di una moneta, probabilmente spinti da impatti di meteoroidi o dal riscaldamento solare. Questo scenario ha costretto il team a rivedere la manovra di campionamento e a prendere di mira un'area di soli 16 metri di diametro, 10 volte più piccola del previsto. Ma l'impresa potrebbe essere premiata: i ricercatori ritengono, infatti, che le vene di materiali organici e carbonatici si siano originati sul corpo genitore di Bennu, un pianeta che doveva essersi formato poco oltre l'orbita di Giove quando è nato il Sistema Solare, 4,56 miliardi di anni fa, e che venne distrutto probabilmente nella cintura degli asteroidi, nell'ultimo miliardo di anni.

La presenza di così tanto carbonato "suggerisce un flusso di fluido su larga scala, forse su tutto il corpo genitore", ha detto Hannah Kaplan, scienziata planetaria di Goddard, co-autrice del documento. I minerali carbonatici, infatti, si formano per precipitazione nei sistemi idrotermali in presenza di acqua ed anidride carbonica. L'idea di "questo antico mondo acquatico è coerente con l'idea che oggetti come Bennu abbiano fornito gran parte dell'acqua presente sulla Terra, quando si sono scontrati con i pianeti miliardi di anni fa", ha detto Dante Lauretta, ricercatore principale della missione e scienziato planetario presso l'Università dell'Arizona. Le vene minerali suggeriscono anche che i corpi acquosi come Bennu fossero un calderone per la chimica organica che ha generato gli amminoacidi ed altri insoliti composti prebiotici trovati nei meteoriti ricchi di carbonio. 

Anche se OSIRIS-REx non raccoglierà direttamente le vene del carbonato perché il campionatore all'estremità del suo braccio robotico è progettato per aspirare la sabbia più piccola di un centimetro, il team confida nella presenza di carbonati e altre molecole organiche anche in questi piccoli ciottoli. Nightingale sembra essere un sito giovane, forse esposto in tempi recenti a causa di un impatto. Di conseguenza, dovrebbe essere meno alterato dai raggi cosmici e da altre intemperie spaziali, rispetto ad altre zone. Il sito è circondato da rocce delle dimensioni di un edificio, tra cui una soprannominata Mount Doom (in alto a destra, nell'immagine qui a fianco), e cosparso di massi più piccoli. Le osservazioni suggeriscono che molti di questi massi sono porosi, quasi soffici, e che potrebbero sbriciolarsi se toccati. Ma il team non vuole correre questo rischio: il veicolo spaziale interromperà automaticamente l'avvicinamento ad un'altitudine di 5 metri se il sito si rileverà troppo pericoloso.

L'intero tentativo di campionamento durerà 4,5 ore durante le quali OSIRIS-REx dovrà essere autonoma: Bennu è attualmente cinque volte più lontano dalla Terra rispetto a Marte e i segnali radio impiegano 18 minuti per raggiungerlo. Passeranno diversi giorni prima che la NASA possa valutare il risultato dell'operazione e lo stato del veicolo spaziale. Entro la fine del mese, il team deciderà se fare un secondo tentativo in un sito di riserva, a gennaio 2021. In ogni caso, la sonda lascerà Bennu il prossimo anno per fare ritorno sulla Terra. Arriverà nel settembre 2023 ed espellerà la capsula contenente (speriamo!) il prezioso carico; questa, dotata di paracadute, atterrerà nel deserto dello Utah. “L'abbondanza di materiale contenente carbonio sarà un importante trionfo scientifico per la missione. Siamo ottimisti sul fatto che raccoglieremo e riporteremo a Terra un campione con materiale organico, obiettivo cruciale della missione OSIRIS-REx ", ha affermato Dante Lauretta.

I colori di Bennu

Come abbiamo visto, Nightingale è un cratere geologicamente recente e fa parte di una popolazione di giovani crateri con uno spettro tendente al rosso. Tutta la sua superficie appare un mix di diversità cromatiche e di riflettività, dovuto ad una combinazione di materiali ereditati dal corpo genitore e dalle tempistiche di esposizione all'ambiente spaziale. Lo studio guidato da Dani DellaGiustina, dell''Università dell'Arizona, presenta le immagini multispettrali (da 0,44 a 0,89 micron) dell'asteroide che mostrano una superficie dai colori variabili, sovrapposti ad un terreno globale leggermente tendente al blu.

Gli asteroidi primitivi cambiano spettro quando sono esposti a processi di alterazione spaziale, come il bombardamento di raggi cosmici e vento solare. Così, mentre Bennu appare piuttosto nero ad occhio nudo, in realtà nasconde molte differenze cromatiche che gli autori mettono in risalto attraverso i falsi colori, utilizzando i dati multispettrali raccolti dalla fotocamera MapCam ottenuti durante i fly-by del 14 e del 26 marzo 2019. Il materiale più fresco su Bennu, come quello trovato nel sito di Nightingale, è spettralmente più rosso della media.  Su Bennu, "l'erosione spaziale dei materiali di superficie non progredisce semplicemente dal rosso al blu (o viceversa)", scrivono gli autori. "Invece, le superfici più rosse, appena esposte, inizialmente si illuminano nel vicino ultravioletto (diventano più blu a lunghezze d'onda più corte), poi si schiariscono nel visibile fino al vicino infrarosso, migrando verso il colore medio moderatamente blu di Bennu". I crateri indicano che la scala temporale di questi cambiamenti di colore è di ~ 105 anni.

Gli autori hanno identificato anche due tipi principali di massi che si distinguono per riflettanza e consistenza: scuri e ruvidi e luminosi e lisci (meno comuni). Parte dell'eterogeneità di Bennu potrebbe essere stata ereditata dal suo corpo genitore dove.queste rocce così differenti si sarebbero formate a diverse profondità.

Anche se Bennu e Ryugu (il secondo visitato dalla sonda giapponese Hayabusa2), provengono entrambi da famiglie primitive di asteroidi della fascia principale, Ryugu, a differenza di Bennu, sembra aver subito una disidratazione parziale.

I massi fragili di Bennu

Su Bennu, non solo i vari tipi di massi differiscono visivamente per colore e riflettività, ma hanno anche proprietà fisiche uniche. Il documento del gruppo guidato da Ben Rozitis della Open University nel Regno Unito mostra che i sassi scuri sono più cedevoli e più porosi, mentre i massi luminosi sono più resistenti e meno porosi. I massi chiari ospitano anche i carbonati identificati da Kaplan, suggerendo che la precipitazione di minerali carbonatici nelle crepe e negli interstizi potrebbe essere responsabile della loro maggiore resistenza.

Tuttavia, entrambi i tipi di massi sono più fragili di quanto ci si potesse aspettare. Rozitis e colleghi sospettano che le rocce scure (il tipo più debole, più poroso e più comune) non sopravvivrebbero ad un viaggio attraverso l'atmosfera terrestre. È quindi probabile che i campioni di questo materiale forniscano un collegamento mancante agli scienziati, poiché è presumibile che nessuno di essi sia stato ancora rinvenuto sulla Terra.

Le mappe mostrano anche una fascia di inerzia termica elevata all'equatore di Bennu, che potrebbe essere spiegata da processi come la compattazione o l'ordinamento della forza durante il movimento di massa. "Ma queste spiegazioni non sono del tutto coerenti con altri dati", scrivono gli autori e pertanto sarà un'ulteriore nodo che l'analisi diretta dei campioni dovrà sbrogliare.

La topografia di Bennu

Con un dettaglio senza precedenti, il team guidato da  Michael Daly della York University ha sviluppato un modello 3D del terreno dell'asteroide, basandosi sui dati rilevati all'OSIRIS-REx Laser Altimeter (OLA), lo strumento a boro della sonda fornito dall'Agenzia Spaziale Canadese. Con una risoluzione di 20 centimetri, gli scienziati hanno ricostruito separatamente l'emisfero nord e sud dell'asteroide. 

La squadra ha identificato una serie di creste che corrono da nord a sud, che però sono sepolte dalla regolite. Inoltre, "a sud, i massi di grandi dimensioni, più numerosi, trattengono efficacemente i materiali di superficie ed implicano una resistenza media più elevata in profondità in grado di sostenerli. A nord ci sono meno massi di grandi dimensioni e più prove di una maggiore dinamica (ribaltamento e movimenti verso il basso) e del flusso superficiale", scrivono gli autori.

Il modello digitale mostra anche che gli emisferi settentrionale e meridionale di Bennu hanno forme leggermente diverse e, dopotutto, la forma dell'asteroide non è semplicemente diamantata. L'emisfero meridionale sembra essere più liscio e rotondo, il che, secondo gli scienziati, è il risultato del materiale sciolto rimasto intrappolato tra numerosi grandi massi della regione. "Ne deduciamo che una distribuzione originariamente asimmetrica di grandi massi seguita da una rottura parziale, ha portato alla formazione dei cunei caratteristici di Bennu".

Il campo gravitazionale di Bennu

Un altro documento, guidato da Daniel Scheeres dell'Università del Colorado Boulder, esamina il campo gravitazionale dell'asteroide. Questo è stato determinato tracciando le traiettorie della sonda OSIRIS-REx e le particelle che vengono espulse naturalmente dalla superficie di Bennu. L'uso delle particelle come "sonde di gravità" è stato un regalo inatteso per la missione ed ha permesso al team di superare di gran lunga le aspettative nei risultati.

Lo studio mostra che il campo gravitazionale di Bennu non è uniforme. All'interno dell'asteroide ci devono essere sacche di materiale ad intensità più alta e più bassa ed è come se al centro ci fosse un vuoto che potrebbe contenere due campi da calcio. Inoltre, il rigonfiamento all'equatore è poco denso, suggerendo che questa cresta si stia formando per sollevamento di materiale causato dalla rotazione dell'asteroide.

Tutte e sei le pubblicazioni nella raccolta speciale utilizzano set di dati globali e locali raccolti dalla sonda OSIRIS-REx da febbraio a ottobre 2019.