Prečítajte si zaujímavosti o projekte OSIRIS-REx, v rámci ktorého doviezla sonda agentúry NASA na Zem vzorky z asteroidu 101955 Bennu.
Sondu OSIRIS-REx vypustili v rámci projektu NASA New Frontiers 8. septembra 2016. Po dva a štvrť roka doletela 3. decembra 2018 k asteroidu Bennu a v nedeľu 24. septembra 2023 sa kapsula so vzorkami vrátila na Zem. Zdroj: NASA
Asteroid 101955 Bennu (predbežne označený 1999 RQ36) je uhlíkatý asteroid zo skupiny Apollo, objavený projektom LINEAR 11. septembra 1999. Ide o potenciálne nebezpečný objekt s druhým najvyšším kumulatívnym hodnotením miery nebezpečenstva podľa technickej Palermskej škály.
Palermská škála porovnáva pravdepodobnosť zistenej potenciálnej zrážky s priemerným rizikom vyplývajúcim zo zrážok s objektami rovnakých rozmerov alebo väčších počas celej doby až do času vypočítanej zrážky. Toto priemerné riziko z náhodných zrážok je známe ako pozaďové riziko. Škála je logaritmická, napríklad hodnota +2 znamená, že pravdepodobnosť označenej zrážky je 100-násobne väčšia ako pozaďové riziko náhodnej zrážky. Asteroid je pomenovaný na počesť Bennu, starovekého egyptského božstva spojeného so Slnkom, stvorením a znovuzrodením.
(1) Radarový obraz potenciálne nebezpečného asteroidu Bennu získaný anténou NASA Deep Space Network v Goldstone v Kalifornii 23. septembra 1999.
Fyzikálne a dynamické charakteristiky
101955 Bennu má priemer približne 492 m a bol dlhodobo pozorovaný radarmi v Arecibe a Goldstone. Perihélium (najbližší bod dráhy k Slnku) leží vnútri zemskej dráhy vo vzdialenosti 0,90 astronomickej jednotky od Slnka, afélium (najvzdialenejší bod) je v heliocentrickej vzdialenosti 1,36 astronomickej jednotky (astronomická jednotka je priemerná vzdialenosť Zeme od Slnka).
Sklon roviny dráhy k rovine ekliptiky je 6 stupňov, obežná doba je 1,2 roka a priemerná rýchlosť (dôležitý parameter v prípade možnej zrážky so Zemou) až 28 km/s. Bennu bol cieľom misie OSIRIS-REx, ktorá pred pár dňami doviezla vzorky z asteroidu na Zem.
(2) Dráha asteroidu Bennu medzi planétami vnútornej slnečnej sústavy.
Asteroid Bennu má približne guľovitý tvar, zmysel rotácie je vzhľadom na jeho obežnú dráhu retrográdny, čas rotácie je 4,3 hodiny. Zaujímavosťou je dobre definovaný hrebeň pozdĺž rovníka asteroidu tvorený pravdepodobne drobnými časticami zhromaždenými vďaka jeho malej gravitácii a rýchlej rotácii. Priemerná hustota telesa vychádza len na 1260 kg/m3, čo svedčí o veľkej vnútornej pórovitosti.
(3) Mozaika asteroidu Bennu zložená z 12 obrázkov získaných sondou OSIRIS-Rex zo vzdialenosti 24 km 2. decembra 2019.
Spektroskopické pozorovanie povrchu asteroidu sondou OSIRIS-REx odhalilo prítomnosť hydroxylovej skupiny, ktorá je pravdepodobne viazaná v ílovom materiáli asteroidu. Prítomnosť vody nie je celkom kompatibilná s veľkosťou asteroidu (zdá sa na to malý), ale mohla sa vyskytovať v pôvodnom telese, z ktorého Bennu pochádza.
Podľa vedcov je Bennu fragmentom 100-kilometrového asteroidu. Vzhľadom na podobnosť spektroskopických vlastností Bennu so známymi kométami nie je vylúčený ani jeho kometárny pôvod. Odhadovaný podiel komét v populácii asteroidov v blízkosti Zeme je približne 8 percent. Na základe pozorovaní farebnej kamery a spektrometra sondy bol na povrchu Bennu detegovaný magnetit. Toto tiež podporuje predchádzajúce zistenia naznačujúce interakciu horniny s vodou na materskom telese asteroidu Bennu.
Možnosť zrážky
Bennu patrí do kategórie potenciálne nebezpečných asteroidov. Podľa dnešných predstáv zasiahne asteroid s priemerom 500 m Zem v priemere raz za približne 130 000 rokov. Súčasný odhad je, že kumulatívna pravdepodobnosť zrážky so Zemou v intervale rokov 2175 – 2196 je v prípade Bennu 0,037 percenta. Rozbor dovezených vzoriek podstatne spresní naše vedomosti o charaktere povrchu asteroidu, a tým aj správaní asteroidálneho telesa počas hypotetickej zrážky so Zemou. Ak by predsa k zrážke došlo, očakávaná kinetická energia s ňou spojená by predstavovala 1 200 megaton TNT (približne 80-násobok bomby zhodenej na Hirošimu).
Bennu prejde približne vo vzdialenosti 750 000 km (cca 2-násobok vzdialenosti Mesiaca) od Zeme 23. septembra 2060. Oproti Zemi je Bennu oveľa menší, preto sa vzájomné priblíženie merateľne neprejaví na zmene dráhy Zeme, môže však mierne zmeniť dráhu asteroidu. Mierna zmena jeho dráhy vnáša neistotu do odhadu vzdialenosti pri prelete v roku 2135 a oveľa väčšiu neistotu pri predpovediach vzdialenosti, v akej nás Bennu minie pri ďalších preletoch.
Dňa 25. septembra 2135 je možná minimálna vzdialenosť v intervale 100 000 až 300 000 km. Zrážka so Zemou je pri tomto stretnutí vylúčená, tesný prelet však môže zvýšiť nebezpečenstvo zrážky v budúcnosti. Vedci simulovali pohyb Bennu na počítači menením vstupných podmienok a zistili, že je možných niekoľko scenárov zániku Bennu v horizonte 300 miliónov rokov. Bennu má 48-percentnú šancu padnúť do Slnka, 10-percentnú pravdepodobnosť, že bude gravitačne vyhodený z vnútornej slnečnej sústavy, 26-percentnú pravdepodobnosť zrážky s Venušou, 10-percentnú pravdepodobnosť zrážky so Zemou, 3-percentnú pravdepodobnosť zrážky s Merkúrom, 0,8-percentnú pravdepodobnosť zrážky s Marsom a 0,2-percentnú pravdepodobnosť zrážky s Jupiterom.
OSIRIS-REx
Sonda OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer) bola v rámci projektu NASA New Frontiers vypustená 8. septembra 2016. Po dvoch rokoch a 3 mesiacoch doletela 3. decembra 2018 k asteroidu Bennu. V nedeľu 24. septembra 2023 sa kapsula so vzorkami vrátila na Zem.
Asteroid Bennu bol vybraný z viac ako 500 000 známych asteroidov. Základným kritériom bola jeho blízkosť k Zemi a malý sklon roviny dráhy, čo sú predpoklady pre málo energie potrebnej na dosiahnutie objektu z obežnej dráhy Zeme. Druhým kritériom bol priemer aspoň 200 metrov, kde je veľká pravdepodobnosť voľného regolitu (drobné kamienky a prach) na povrchu. Menšie asteroidy zvyčajne rotujú príliš rýchlo na to, aby udržali prach alebo malé častice na svojom povrchu. Tretím kritériom bola snaha študovať asteroid s veľkou zásobou primitívneho uhlíkatého materiálu. Po uplatnení týchto kritérií ostalo 5 kandidátov a pre svoju príslušnosť k potenciálne hazardným objektom z nich bol vybraný práve Bennu.
Od októbra 2018 vykonala sonda OSIRIS-REx sériu brzdných manévrov na spomalenie pri približovaní sa k Bennu. Po priblížení k Bennu zladila sonda zapnutím motora na 20 sekúnd svoj pohyb s obehom asteroidu okolo Slnka, výsledná relatívna rýchlosť približovania sa k asteroidu bola len 4 cm za sekundu. V ďalších dňoch absolvovala sériu polárnych preletov vo výške 7 km nad Bennu. Primárnym vedeckým cieľom tejto etapy bolo spresnenie hmotnosti Bennu a vytvorenie presnejšieho modelu jeho tvaru a gravitačného poľa, čo nebolo zo Zeme vopred možné určiť. Určenie hmotnosti asteroidu bolo kritické, aby bolo možné navrhnúť nízku obežnú dráhu okolo Bennu. Problémom je totiž malá gravitácia asteroidu, sotva dostatočná na udržanie sondy na dráhe okolo takého malého telesa (gravitačná sila asteroidu Bennu je len 5 milióntin gravitačnej sily Zeme). Gravitácia Bennu je taká malá, že tlak slnečného žiarenia alebo tepelný tok z povrchu Bennu môžu značne ovplyvňovať sondu na jej dráhe okolo asteroidu.
Po 20 dňoch klesla sonda OSIRIS-REx na 730 metrov nad povrchom asteroidu, aby z tejto pozície podrobne zmapovala povrch pre vybratie miesta odberu vzorky. Na skenovanie a mapovanie Bennu sa využil skoro celý rok 2019. Na základe analýzy získaných obrázkov boli vybrané 2 kandidátske miesta, ktoré boli neskôr skúmané s lepším ako centimetrovým rozlíšením. V júli 2020 začala sonda OSIRIS-REx sériu dotykových manévrov. Zo vzdialenosti približne 30 metrov od povrchu Bennu sa sonda dostala do pomalého voľného pádu v slabom gravitačnom poli malého asteroidu. Len čo sa sonda dotkla povrchu, došlo k výbuchu plynného dusíka, čo spôsobilo napadanie úlomkov z povrchu do zberača sondy. Cieľom bolo zozbierať aspoň 60 gramov materiálu, čo je najviac od sovietskej mesačnej misie Luna 24 v roku 1976. Napríklad sonda Hayabusa z prvej misie agentúry JAXA priniesla z asteroidu 25143 Itokawa len 1500 zŕn (menej ako miligram) materiálu. Podľa predbežných odhadov je hmotnosť dovezených vzoriek približne 250 gramov.
Návrat vzorky je životne dôležitý pre kalibráciu pozorovaní pozemskými ďalekohľadmi s reálnou vzorkou v laboratóriu. Dnes nevieme, či sú meteority nájdené na Zemi skutočne reprezentatívne pre celú populáciu asteroidov. Potrebujeme na to podrobnejšie údaje a vzorky z konkrétnych asteroidov. Veľmi užitočné je tiež poznať stavbu blízkozemských asteroidov a zloženie materiálu pre prípad, že by sme niektorý z blížiacich sa asteroidov museli odkloniť z dráhy hroziacej zrážkou s našou planétou.
Model tvaru
Pri tvorbe modelov tvaru asteroidu bol tvrdým orieškom veľký balvan v blízkosti južného pólu Bennu. Analýza snímok sondy ukazuje, že balvan je 50 metrov vysoký a 55 metrov široký. Materiál na povrchu Bennu je zmesou veľmi členitých skalnatých oblastí a niekoľkých relatívne hladkých, ale veľmi malých oblastí bez voľných balvanov. Množstvo balvanov a rôznych úlomkov na povrchu je však vyššie, ako sa očakávalo. Drsný terén sťažoval výber miesta odberu vzoriek. Prvé analýzy ukazujú, že cieľ, teda asteroid Bennu, bol vybraný správne – išlo síce o veľkú výzvu, ale, ako sa ukázalo, bez neprekonateľných prekážok.
(4) Porovnanie zloženej snímky z kamery sondy OSIRIS-Rex (vľavo) a vypočítaného modelu tvaru asteroidu Bennu (vpravo).
Únik častíc z povrchu asteroidu
Podrobné mapovanie povrchu Bennu prinieslo aj nečakaný výsledok. Sonda OSIRIS-Rex zaznamenala vôbec po prvýkrát v histórii kozmických meraní únik častíc z povrchu asteroidu.
(5) Pohľad na asteroid Bennu, z povrchu ktorého unikajú pevné častice. Výsledná snímka bola získaná kombináciou krátkej expozície asteroidu a dlhej expozície jeho okolia z 19. januára 2019.
Prvé čiastočky uvoľnené z povrchu boli objavené 6. januára 2019. Počas zvýšenej frekvencie pozorovaní sa v ďalších mesiacoch zistilo, že nejde o jednorazovú záležitosť, čiastočky boli uvoľňované z povrchu opakovane. Niektoré častice obiehali okolo Bennu ako satelity predtým, ako sa vrátili na povrch asteroidu.
Po dôkladnej analýze riadiaci tím konštatoval, že vzhľadom na hmotnosť a rýchlosť uvoľnené častice nepredstavujú riziko pre pohyb sondy v oblasti blízko k povrchu asteroidu. Až do tohto pozorovania sme vedeli len o úniku častíc z kometárnych jadier, a to najmä v okolí perihélia. Únik častíc z asteroidov nebol zaznamenaný, aj keď silnou indíciou sú asteroidy v dráhach meteorických rojov – napríklad Geminidy a asteroid 3200 Phaethon. Za možný mechanizmus uvoľňovania častíc z povrchu asteroidov bolo považované predovšetkým slapové pôsobenie pri prelete asteroidu okolo veľkých telies. Pre uvoľňovanie čiastočiek z povrchu Bennu však bude potrebné hľadať iné vysvetlenie.
(6) Južná polguľa asteroidu Bennu pokrytá obrovským počtom balvanov rôznej veľkosti. Obraz získala 7. marca 2019 sonda OSIRIS-REx zo vzdialenosti 5 km. Veľký svetlý balvan tesne pod stredom obrazu je široký asi 7,4 metra.
Vyššia hustota balvanov, ako vedci očakávali, znamenala, že bolo potrebné upraviť plány na odber vzoriek. Pôvodná koncepcia počítala s odberom z miesta, ktoré je bez väčších nerovností a má polomer aspoň 25 metrov. Avšak takéto miesto sa na povrchu nepodarilo nájsť. Menšie zvolené miesto a väčší počet balvanov však vyžadovali presnejšiu navigáciu počas zostupu na povrch, ako výskumníci pôvodne plánovali. Nakoniec sa podaril kontakt s povrchom len 1 meter od plánovaného miesta.
Dňa 20. októbra 2020 nabrala kozmická loď OSIRIS-REx vzorky z povrchu asteroidu Bennu. Miestom odberu bol kráter Nightingale, ktorý obsahuje v porovnaní so zvyškom povrchu Bennu výrazne červenší materiál. Mal by to byť jeden z najčerstvejších materiálov na Bennu, ktorý sa od prvých fáz formovania našej slnečnej sústavy zmenil iba minimálne. Ostatný materiál na povrchu je viac či menej zmenený takzvaným kozmickým zvetrávaním – pôsobením žiarenia a nárazmi častíc, ktoré menia povrchy kozmických telies nechránených atmosférou. Sonda sa dostala na niekoľko metrov od asteroidu, následne vystrela svoje robotické rameno, ktoré sa dotklo povrchu asteroidu, vypustilo stlačený dusík, aby sa rozvíril povrch, a nasalo najmenej 60 gramov vzoriek.
(7) Povrch asteroidu Bennu s odberným ramenom tesne pred dotykom (vľavo) a počas zberu vzoriek po výbuchu stlačeného dusíka (vpravo).
Menej je niekedy viac
Nadšenie, ktoré zavládlo po úspešnom odobratí vzoriek, vystriedal po pár dňoch strach z ich straty. Obrázky nasnímané kamerou SamCam sondy OSIRIS-Rex totiž ukazovali, že hlava zberača vzoriek je plná skál a prachu z povrchu asteroidu Bennu, a časť z nich uniká späť do kozmického priestoru.
(8) Obrázok nasnímaný kamerou SamCam sondy OSIRIS-Rex z 22. októbra 2020 ukazuje hlavu zberača vzoriek plnú skál a prachu, zhromaždeného na povrchu asteroidu Bennu, a únik menších častíc.
Ukázalo sa, že sonda nabrala príliš veľa materiálu. Vzorky uložené v puzdre na konci robotického ramena, ktoré ich odoberalo z povrchu asteroidu, postupne unikali do kozmu. Dôvodom boli väčšie kamene, ktoré úplne neprešli cez zatváraciu chlopňu a blokovali jej korektné uzavretie. Na základe dostupných snímok vedci rozhodli, že v hlave je dostatočné množstvo vzoriek, a kapsulu uzavreli. Obrázky tiež ukazovali, že akýkoľvek pohyb sondy môže viesť k ďalšej strate vzorky. Aby zachovali zvyšný materiál, rozhodli sa nemerať hmotnosť vzorky, čo bolo pôvodne naplánované na 24. októbra. Zrušili tiež plánované brzdenie sondy, aby sa minimalizovalo akékoľvek zrýchlenie kozmickej lode. Hlava zberača vzoriek bola pri kontakte s povrchom Bennu v optimálnej polohe rovnobežne s povrchom Bennu a prenikla aj niekoľko cm do povrchového materiálu asteroidu. Všetky doterajšie údaje naznačujú, že hlava zberača zachytila oveľa viac ako 60 g regolitu (ako sme uviedli vyššie, bolo to okolo 250 g).
Od zistenia možnej straty nazbieraného materiálu sa tím OSIRIS-Rex zameral len na ukladanie vzorky do Sample Return Capsule (SRC), kde bol zozbieraný materiál bezpečne uložený počas cesty sondy späť na Zem.
(9) Vľavo je hlava zberača vzoriek sondy OSIRIS-Rex vznášajúca sa nad spätnou kapsulou, vpravo po vložení do kapsuly.
V stredu 28. októbra 2020 sa vedcom podarilo manévrovaním robotického ramena vzorky preskupiť a zavrieť dvierka zásobníka. Počas ukladania uniklo niekoľko častíc, no vedci sú presvedčení, že vnútri hlavy zostalo veľké množstvo materiálu. Odobraté vzorky materiálu z povrchu Bennu sú teraz už bezpečne uložené v laboratóriu, keďže v nedeľu 24. septembra pristála kapsula aj so vzorkami bezpečne na plánovanom mieste v púšti v Utahu a po niekoľkých minútach ju nasnímali vyhľadávacie helikoptéry.
(10) 3D model povrchu Bennu vytvorený z meraní laserovým výškomerom sondy OSIRIS-REx. Farby predstavujú vzdialenosť od centra Bennu: tmavomodré oblasti ležia približne 60 metrov nižšie ako vrcholy označené červenou farbou. Niektoré časti asteroidu ešte neboli zmerané, čo vytvára medzery v obraze. Model bol vytvorený na základe viac ako 11 miliónov meraní.
(11) Trojica snímok získaných kozmickou sondou OSIRIS-REx ukazuje pohľad na časť povrchu Bennu a 2 detaily. Širokouhlý obraz (vľavo) zobrazuje terén so stranou dlhou 180 metrov, rámčeky detailných výrezov majú stranu dlhú 31 metrov. Balvan na hornom detaile je približne rovnako veľký ako veľryba. Obrázky zo vzdialenosti 1,8 km od povrchu získala sonda 25. februára 2019.
(12) Kapsula so vzorkami asteroidu Bennu po pristátí v púšti v Utahu 24. septembra 2023.
Obrázky použité v článku sú prevzaté z materiálov a webstránok NASA, JPL-Caltech, University of Arizona, Goddard, Lockheed Martin, CSA, York a MDA.
(af)
