Genom att studera nedslagsmärken på ytan av asteroiden Bennu – målet för NASA:s OSIRIS-REx-uppdrag – har ett team av forskare under ledning av University of Arizona avslöjat asteroidens förflutna och avslöjat att trots att den bildades för hundratals miljoner år sedan, Bennu vandrade in i jordens grannskap helt nyligen.

Studien, publiceras i tidskriften Natur, ger ett nytt riktmärke för att förstå utvecklingen av asteroider, ger insikter i en dåligt förstådd population av rymdskräp som är farligt för rymdfarkoster, och förbättrar forskarnas förståelse av solsystemet.

Forskarna använde bilder och laserbaserade mätningar som tagits under en tvåårig undersökningsfas där rymdfarkosten OSIRIS-REx i skåpbilsstorlek kretsade runt Bennu och slog rekordet som den minsta rymdfarkost som kretsade runt en liten kropp.

Presenterad vid öppningsdagen för American Astronomical Society's Division of Planetary Science-möte den 26 oktober, tidningen beskriver de första observationerna och mätningarna av nedslagskratrar på enskilda stenblock på en luftlös planetyta sedan Apollo-uppdragen till månen för 50 år sedan, enligt författarna.

Publikationen kommer bara några dagar efter en stor milstolpe för NASA:s University of Arizona-ledda OSIRIS-REx-uppdrag. Den 20 oktober rymdfarkosten gick framgångsrikt ner till asteroiden Bennu för att ta ett prov från dess stenspridda yta - en första för NASA. Provet har nu stuvas framgångsrikt och kommer att återlämnas till jorden för studier 2023, där det skulle kunna ge forskare insikt i de tidigaste stadierna av bildandet av vårt solsystem.

Nedslagskratrar på klippor Berätta en historia

Även om jorden kastas med mer än 100 ton rymdskräp varje dag, det är praktiskt taget omöjligt att hitta en stenyta som är gropad av stötar från små föremål med höga hastigheter. Med tillstånd av vår atmosfär, vi får njuta av alla föremål som är mindre än några meter som stjärnfall snarare än att behöva frukta att bli träffade av vad som i huvudsak motsvarar en kula från yttre rymden.

Planetariska kroppar som saknar ett sådant skyddande lager, dock, bära den fulla bördan av en evig kosmisk störtflod, och de har ärren att visa för det. Högupplösta bilder tagna av rymdfarkosten OSIRIS-REx under sin tvååriga undersökningskampanj gjorde det möjligt för forskare att studera även små kratrar, med diametrar från en centimeter till en meter, på Bennus stenblock.

I genomsnitt, teamet hittade stenblock på 1 meter (3 fot) eller större som var ärrda av allt från en till 60 gropar – påverkade av rymdskräp i storlek från några millimeter till tiotals centimeter.

"Jag blev förvånad över att se dessa funktioner på Bennus yta, sa tidningens huvudförfattare, Ronald Ballouz, en postdoktor vid UArizona Lunar and Planetary Laboratory och en vetenskapsman i OSIRIS-REx regolitutvecklingsarbetsgruppen. "Stenarna berättar sin historia genom kratrarna de samlat på sig över tiden. Vi har inte observerat något liknande sedan astronauter gick på månen."

För Ballouz, som växte upp under 1990-talet i Beirut efter inbördeskriget, Libanon, bilden av en stenyta fylld med små nedslagskratrar framkallade barndomsminnen av att bygga murar fulla av skotthål i hans krigshärjade hemland.

"Där jag växte upp, byggnaderna har skotthål överallt, och jag tänkte aldrig på det, " sa han. "Det var bara ett faktum. Så, när jag tittade på bilderna från asteroiden, Jag var väldigt nyfiken, och jag tänkte direkt att det här måste vara effektegenskaper."

Observationerna som gjorts av Ballouz och hans team överbryggar ett gap mellan tidigare studier av rymdskräp större än några centimeter, baserat på inverkan på månen, och studier av föremål mindre än några millimeter, baserat på observationer av meteorer som kommer in i jordens atmosfär och nedslag på rymdfarkoster.

"Föremålen som bildade kratrarna på Bennus stenblock faller inom detta gap som vi egentligen inte vet mycket om, "Ballouz sa, och tillägger att stenar i det storleksintervallet är ett viktigt studieområde, främst för att de representerar faror för rymdfarkoster i omloppsbana runt jorden. "Ett slag från ett av dessa millimeter- till centimeterstora föremål med hastigheter på 45, 000 miles per timme kan vara farligt."

Ballouz och hans team utvecklade en teknik för att kvantifiera styrkan hos fasta föremål med hjälp av fjärrobservationer av kratrar på stenblockens yta – en matematisk formel som gör det möjligt för forskare att beräkna den maximala stötenergin som ett stenblock av en given storlek och styrka kan uthärda innan det blir krossade. Med andra ord, kraterfördelningen som finns på Bennu idag håller ett historiskt register över frekvensen, storleken och hastigheten av nedslagshändelser som asteroiden har upplevt genom sin historia.

"Tanken är faktiskt ganska enkel, "Ballouz sa, använder en byggnad utsatt för artillerield som en analogi till stenblock på en asteroid. "Vi frågar, "Vilken är den största kratern du kan göra på den väggen innan väggen sönderfaller?" Baserat på observationer av flera väggar av samma storlek, men med olika stora kratrar, du kan få en uppfattning om styrkan i den väggen."

Detsamma gäller för ett stenblock på en asteroid eller annan luftlös kropp, sa Ballouz, som tillade att tillvägagångssättet skulle kunna användas på vilken annan asteroid eller luftlös kropp som helst som astronauter eller rymdfarkoster kan besöka i framtiden.

"Om ett stenblock träffas av något större än ett föremål som skulle lämna en viss storlek tillgodose, det skulle bara försvinna, " förklarade han. Med andra ord, storleksfördelningen av stenblock som har stått kvar på Bennu tjänar som tysta vittnen till dess geologiska förflutna.

En nykomling i jordens grannskap

Att tillämpa tekniken på stenblock i storlek från småsten till parkeringsgarage, forskarna kunde dra slutsatser om storleken och typen av stötelement som stenblocken exponerades för, och hur länge.

Författarna drar slutsatsen att de största kratrarna på Bennus stenblock skapades medan Bennu bodde i asteroidbältet, där kollisionshastigheterna är lägre än i miljön nära jorden, men är oftare och ofta nära gränsen för vad stenblocken skulle tåla. Mindre kratrar, å andra sidan, förvärvades mer nyligen, under Bennus tid i rymden nära jorden, där kollisionshastigheterna är högre men potentiellt störande stötar är mycket mindre vanliga.

Baserat på dessa beräkningar, författarna fastställer att Bennu är en relativt nykomling i jordens grannskap. Även om det tros ha bildats i huvudasteroidbältet för mer än 100 miljoner år sedan, det uppskattas att den sparkades ut ur asteroidbältet och migrerade till sitt nuvarande territorium för bara 1,75 miljoner år sedan. Utvidga resultaten till andra jordnära objekt, eller NEOs, forskarna föreslår också att dessa objekt sannolikt kommer från föräldrakroppar som faller i kategorin asteroider, som mestadels är steniga med lite eller ingen is, snarare än kometer, som har mer is än sten.

Medan teoretiska modeller tyder på att asteroidbältet är reservoaren för NEOs, inga observationsbevis för deras härkomst fanns tillgängliga förutom meteoriter som föll till jorden och samlades in, sa Ballouz. Med dessa uppgifter, forskare kan validera sina modeller för var NEO kommer ifrån, enligt Ballouz, och få en uppfattning om hur starka och solida dessa objekt är – avgörande information för alla potentiella uppdrag som riktar in sig på asteroider i framtiden för forskning, resursutvinning eller skydda jorden från stötar.