Asteroider kan utgöra ett hot mot livet på jorden men är också en värdefull källa till resurser för att göra bränsle eller vatten för att underlätta utforskning av rymden. Utan geologiska och atmosfäriska processer, dessa rymdstenar ger ett fönster mot solsystemets utveckling. Men för att verkligen förstå deras hemligheter, forskare måste veta vad som finns i dem.

Endast fyra rymdskepp har någonsin landat på en asteroid – senast i oktober 2020 – men ingen har tittat in i en. Ändå är det avgörande att förstå de inre strukturerna hos dessa kosmiska bergarter för att svara på nyckelfrågor om, till exempel, ursprunget till vår egen planet.

"Asteroider är de enda objekten i vårt solsystem som är mer eller mindre oförändrade sedan början av solsystemets bildande, " sa Dr Fabio Ferrari, som studerar asteroiddynamik vid universitetet i Bern, Schweiz. "Om vi ​​vet vad som finns inuti asteroider, vi kan förstå mycket om hur planeter bildades, hur allt vi har i vårt solsystem har bildats och kan komma att utvecklas i framtiden."

Sedan finns det också mer praktiska skäl för att veta vad som finns inuti en asteroid, som brytning efter material för att underlätta mänsklig utforskning av andra himlakroppar, men också försvar mot en jordbunden sten.

NASA:s kommande Double Asteroid Redirection Test (DART) uppdrag, förväntas lanseras senare i år, kommer att krascha in i den 160 m i diameter asteroidmånen Dimorphos 2022, i syfte att ändra dess omloppsbana. Experimentet kommer för första gången att visa om människor kan avleda en potentiellt farlig asteroid.

Men forskare har bara grova idéer om hur Dimorphos kommer att reagera på nedslaget eftersom de vet väldigt lite om både denna asteroidmåne, och dess moderasteroid, Didymos.

För att bättre kunna lösa sådana frågor, forskare undersöker hur man på distans kan se vad som finns inuti en asteroid och urskilja dess typ.

Typer

Det finns många typer av asteroider. Vissa är solida stenblock, robust och robust, andra är konglomerat av småsten, stenblock och sand, produkter av många orbitala kollisioner, hålls samman endast av tyngdkraften. Det finns också sällsynta metalliska asteroider, tung och tät.

"För att avleda de tätare monolitiska asteroiderna, du skulle behöva en större rymdfarkost, du skulle behöva resa snabbare, " sa Dr Hannah Susorney, en forskare i planetvetenskap vid University of Bristol, Storbrittanien. "Asteroiderna som bara är säckar med material - vi kallar dem spillror - kan, å andra sidan, blåsa isär i tusentals bitar. Dessa bitar kan av sig själva bli farliga."

Dr Susorney undersöker vilka ytegenskaper hos en asteroid kan avslöja om strukturen av dess inre som en del av ett projekt som kallas EROS.

Denna information kan vara användbar för framtida rymdgruvföretag som vill veta så mycket som möjligt om en lovande asteroid innan de investerar i ett kostsamt prospekteringsuppdrag samt veta mer om potentiella hot.

"Det finns tusentals nära jorden asteroider, de vars banor en dag kan korsa jordens, ", sa hon. "Vi har bara besökt en handfull av dem. Vi vet nästan ingenting om de allra flesta."

Topografi

Dr Susorney försöker skapa detaljerade topografimodeller av två av de mest välstuderade asteroiderna – Itokawa (målet för 2005 års japanska Hayabusa 1-uppdrag) och Eros (karterade i detalj av rymdsonden NEAR Shoemaker i slutet av 1990-talet).

"Yttopografin kan faktiskt säga oss mycket, " sa Dr Susorney. "Om du har en asteroid på en stenhög, som Itokawa, som i princip bara är en påse fluff, du kan inte förvänta dig mycket branta sluttningar där. Sand kan inte hållas upp i en oändlig sluttning om den inte stöds. En rejäl klippburk. De steniga monolitiska asteroiderna, som Eros, tenderar att ha mycket mer uttalade topografiska egenskaper, mycket djupare och brantare kratrar."

Susorney vill ta de högupplösta modellerna som härrör från rymdfarkostsdata och hitta parametrar i dem som sedan skulle kunna användas i de mycket lägre upplösningsmodellerna för asteroidform som skapats från markbaserade radarobservationer.

"Skillnaden i upplösningen är ganska betydande, " erkänner hon. "Tiotals till hundratals meter i högupplösta rymdskeppsmodeller och kilometer från markbaserade radarmätningar. Men vi har funnit att till exempel, lutningsfördelningen ger oss en fingervisning. Hur mycket av asteroiden är platt och hur mycket är brant?"

Dr. Ferrari arbetar med teamet som förbereder DART-uppdraget. Som en del av ett projekt kallat GRAINS, han utvecklade ett verktyg som möjliggör modellering av det inre av Dimorphos, effektmålet, samt andra bråtehögsasteroider.

"Vi förväntar oss att Dimorphos är en bråtehög eftersom vi tror att den bildades från materia som skjutits ut av huvudasteroiden, Didymos, när den snurrade väldigt fort, "Dr. Ferrari sa. "Denna utstötade materia samlades sedan igen och bildade månen. Men vi har inga observationer av dess inre."

En flygingenjör till utbildning, Dr Ferrari lånade en lösning för asteroidproblemet från ingenjörsvärlden, från en disciplin som kallas granulär dynamik.

"På jorden, denna teknik kan användas för att studera problem som sandpålning eller olika industriella processer som involverar små partiklar, " Dr. Ferrari sa. "Det är ett numeriskt verktyg som låter oss modellera interaktionen mellan de olika partiklarna (komponenterna) - i vårt fall, de olika stenblocken och småstenarna inuti asteroiden."

Grushög

Forskarna modellerar olika former och storlekar, olika sammansättningar av stenblock och småsten, gravitationsinteraktionerna och friktionen mellan dem. De kan köra tusentals sådana simuleringar och sedan jämföra dem med ytdata om kända asteroider för att förstå asteroidernas beteende och smink.

"Vi kan titta på den yttre formen, studera olika egenskaper på ytan, och jämför det med våra simuleringar, " sa Dr. Ferrari. "Till exempel, vissa asteroider har en framträdande ekvatorial utbuktning, " han säger, syftar på den förtjockning runt ekvatorn som kan uppstå som ett resultat av att asteroiden snurrar.

I simuleringarna, utbuktningen kan verka mer framträdande för vissa inre strukturer än andra.

För första gången, Dr. Ferrari lade till, verktyget kan arbeta med icke-sfäriska element, vilket avsevärt förbättrar noggrannheten.

"Sfärer beter sig väldigt annorlunda än kantiga föremål, " han sa.

Modellen antyder att i fallet med Dimorphos, DART-nedslaget kommer att skapa en krater och kasta upp mycket material från asteroidens yta. Men det finns fortfarande många frågor, speciellt storleken på kratern, enligt Dr Ferrari.

"Kratern kan vara så liten som tio meter men också så bred som hundra meter, tar upp hälften av asteroidens storlek. Vi vet inte riktigt, " sa Dr. Ferrari. "Snushögar är knepiga. Eftersom de är så lösa, de kan lika gärna bara absorbera effekten."

Oavsett vad som händer på Dimorphos, experimentet kommer att ge en skattkammare av data för att förfina framtida simuleringar och modeller. Vi kan se om asteroiden beter sig som vi förväntat oss och lära oss hur man gör mer exakta förutsägelser för framtida uppdrag som lever på jorden mycket väl kan bero på.