Efter att ha flugit i rymden i mer än två år, NASA:s rymdfarkost OSIRIS-REx (Ursprung, Spektral tolkning, Resursidentifiering, Security-Regolith Explorer) gick nyligen i omloppsbana runt sitt mål, asteroiden Bennu. Asteroider som Bennu anses vara överblivna skräp från bildandet av vårt solsystem. Så, i det första uppdraget i sitt slag flögs av NASA, OSIRIS-REx letar efter att hämta ett prov och föra det till jorden.

Förutom flera instrument ombord på rymdfarkosten är en MIT-studentbyggd en som kallas REgolith X-Ray Imaging Spectrometer (REXIS), som kommer att tillhandahålla data för att välja provtagningsplats, såväl som andra uppdragsmål, inklusive karakterisering av asteroiden och dess beteenden, och jämföra dessa med markbaserade observationer. REXIS är ett gemensamt projekt mellan MIT Department of Earth, Atmosfärs- och planetvetenskap (EAPS), MIT Department of Aeronautics and Astronautics (AeroAstro), Harvard College Observatory, MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, och MIT Lincoln Laboratory.

Strax efter ankomsten till Bennu, OSIRIS-REx forskare meddelade att de hade identifierat vatten på asteroiden, eventuellt påverka valet av provtagningsplatsen. EAPS pratade med Richard Binzel – en expert på asteroider vid MIT och medutredare i detta uppdrag, leda utvecklingen av REXIS – om instrumentets roll och vad denna upptäckt betyder för den framtida användningen av liknande enheter. Binzel är också professor i planetvetenskap i EAPS med en gemensam utnämning i AeroAstro, och en Margaret MacVicar-fakultetsstipendiat.

F:Vad är syftet med REXIS, som en del av OSIRIS-REx-uppdraget?

S:Målet med OSIRIS-REx-uppdraget är att få ett orördt prov från asteroidens yta, Bennu, som har några av de mest originella, överlevt kemi från början av vårt solsystem. Asteroiden är som en tidskapsel, som kommer att berätta för oss hur vårt solsystem såg ut när det bildades för 4,56 miljarder år sedan.

Målet med REXIS är att kartlägga Bennus sammansättning till stöd för uppdraget, välja platsen för det provet. Målet är att gå till asteroiden och spendera upp till ett år på att studera den i detalj för att avgöra vilken plats som kan ge oss den högsta vetenskapliga avkastningen. Det är en fråga om progressiv utvärdering och karakterisering av asteroiden:Vi kommer att genomgå omloppsbanor som gradvis går lägre till den punkt där vi ser ytan i extremt bra detalj — som egenskaperna hos kratrar och stenblock. På det här sättet, vi vet var vi kommer att röra ytan, ta ett prov, och föra den säkert ombord på rymdfarkosten.

Att göra detta, ombord på OSIRIS-REx, det finns en uppsättning instrument:synliga kameror och spektrometrar mestadels i de synliga och nära infraröda våglängderna som kartlägger asteroidens yta, förutom MIT:s REXIS, REgolith X-ray Imaging Spectrometer. REXIS kompletterar alla andra instrument och bidrar till resten av data genom att se i röntgenljus. Inget annat instrument på OSIRIS-REx kommer att se ytan i röntgenljus. Så, detta är ganska unikt i planetarisk utforskning, och det faktum att det byggdes av studenter är ännu mer fantastiskt.

Ett av våra mål är att bekräfta mineralkartläggningen som görs av de andra instrumenten. De synliga och nära infraröda spektrometrarna är känsliga för ytans mineralsammansättning, och REXIS mäter de individuella atomära elementen som är närvarande. En av de saker som vi vill åstadkomma är att se om de atomära elementen som vi mäter överensstämmer med de mineraler som de andra instrumenten mäter och vice versa.

F:Hur fungerar REXIS?

S:REXIS fungerar genom att dra fördel av solens röntgenstrålning. Några av dessa röntgenstrålar träffar asteroiden och interagerar med atomerna på ytan:De absorberas och ändrar elektronenerginivån i atomerna. När atomerna återgår till sitt grundtillstånd, de sänder ut en röntgenfoton, vilket betyder att röntgenstrålarna från solen fick asteroiden att glöda eller fluorescera.

REXIS mäter energin och placeringen av röntgenstrålar som fluorescerar bort från asteroidytan, och energierna talar om för oss vilka atomer som finns. Energin hos en röntgenfoton som sänds ut av en atom motsvarar exakt energin mellan två elektronorbitaler. Varje atom har sin egen unika signatur av energitillstånd, så vi kan härleda den elementära sammansättningen av asteroidens yta.

Vi kommer att leta efter saker som järn, kisel, syre, och svavel – några mycket grundläggande byggstenar i planetariska kroppar. Vi kommer att kunna mäta dessa överflöd och bestämma sammansättningen av denna asteroid.

Nu, vi utför alla möjliga kalibreringsmätningar, och vi lär oss om instrumentets egenskaper i rymden:hur det fungerar som förväntat och skillnader. Det är en del av instrumentdesignen att övervaka solens uteffekt och kalibrera asteroidobservationerna, med hänsyn till eventuella variationer från solen. REXIS har två delar:En del är huvudspektrometern som mäter de röntgenstrålar som sänds ut från asteroidytan; den andra är en liten solröntgenmonitor eller SXM, och den tittar ständigt på solens utgång, som varierar över tidsskalor på minuter, timmar, och dagar. Den här vägen, om vi tittar på en plats på asteroiden och vi ser denna enorma röntgenfluorescens, vi kommer att veta om det är asteroiden som är speciell på den platsen, eller om det bara var ett solsken, som råkade inträffa samtidigt. Vi tittar också på den kosmiska röntgenbakgrunden eller CXB och kalibrerar vårt instruments känslighet genom att titta på en stabil, stark röntgenkälla på himlen som kallas krabbnebulosan.

Vi kalibrerar även REXIS-mätningar mot laboratoriemätningar av meteoriter, och vi kommer att kunna peka ut vilken meteorittyp Bennu är mest lik. Om vi ​​ser någon variation över ytan, vi kommer att kunna säga vilka regioner som har mest likhet med kända meteoriter, och detta kan vägleda oss till var vi får vårt prov.

F:NASA meddelade att de hittade bevis på vatten på Bennu. Vad betyder detta för REXIS och varifrån tas provet?

S:OSIRIS-REx-uppdraget hittade bevis för närvaron av hydratiserade mineraler på ytan av asteroiden Bennu. Dessa mineraler bildas när vattenmolekyler reagerar med stenigt material och blir en del av kristallstrukturen. Meteoritstudier tyder på att denna process inträffade mycket tidigt i solsystemets historia. Denna upptäckt säger oss att Bennus yta inte har värmts upp till tillräckligt höga temperaturer för att bryta ner dessa mineraler och släppa ut vattnet. Bennu verkar innehålla detta urvatten, ger ledtrådar till hur sådant material levererades till jorden, leder till en beboelig värld.

Detta är lockande nyheter för REXIS eftersom ett av de atomära elementen vi kommer att leta efter är syre, vilket naturligtvis är en viktig beståndsdel i vatten, och REXIS har potential att bekräfta upptäckten av dessa vattenmolekyler i Bennus mineraler.

Många faktorer spelar in i beslutet om var man ska prova. För det första, vi måste bestämma vilka delar av ytan som är säkra att gå till, att vi vet att rymdfarkosten kan navigera, få ett prov, och komma tillbaka säkert. Sedan ur alla säkra regioner, vilka som är mest vetenskapligt intressanta – baserat på vad vi kallar den vetenskapliga värdekartan. Målet är att ha en fullständig förståelse för sammansättningen av asteroidens yta och eventuella variationer. Sedan, vi vill hitta en plats att prova på som vi tror har den mest ursprungliga organiska kemin från början av solsystemet, och så platser på Bennu som kan ha en signatur av vatten skulle vara mycket intressanta att prova.

För närvarande, vi är fortfarande ganska långt från asteroiden och sakta avancerar vi till lägre orbitala avstånd. Vi kommer att nå omloppsavståndet för REXIS att börja sin vetenskapsverksamhet i juni kommande. Sedan, REXIS kommer att ta ett fingeravtryck på asteroidens sammansättning när det gäller dess atomära element. När vi får tillbaka provet, vi kommer att kunna kontrollera om REXIS gjorde rätt. Om vi ​​gjorde det, det betyder att vi kan skicka ett REXIS-liknande instrument var som helst i solsystemet och få ett tillförlitligt fingeravtryck av den detaljerade sammansättningen av vad dessa objekt är gjorda av.

Om REXIS lyckas, det visar att man med ett litet instrument kan få stor vetenskap. Vårt smeknamn för REXIS är, "den lilla spektrometern som kunde."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.