小惑星ベンヌから粒子が放出されるのはなぜですか？

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NASAのOSIRIS-REx宇宙船は、2018年12月に小惑星ベンヌに到着し、わずか1週間後に、小惑星が粒子を宇宙に放出しているという、ベンヌについて異常なことを発見しました。

宇宙船のナビゲーションカメラは最初に粒子を発見しましたが、科学者は当初、それらを背景の単なる星であると考えていました。綿密な調査の結果、OSIRIS-RExチームはそれらが岩の粒子であることを認識し、危険をもたらす可能性があることを懸念しました。

質量を失っている小惑星は「活動的な小惑星」と呼ばれ、時には「メインベルト彗星」と呼ばれます。彼らは時々、彗星の尾のように見えるほこりや破片の一時的な跡を残すこれらのタイプの小惑星が最初に観測されたとき、天文学者は、トレイルは彗星の尾のように溶けた氷でできていると考えていました。しかし今、私たちは小惑星を活動させるいくつかのメカニズムがあることを知っています。

天文学者は多くのアクティブな小惑星を発見していません、そしてそれらのほとんどは望遠鏡で見ることができるほど多くの物質を失っています。ほとんどの小惑星は安定しており、実際、Bennuは地球ベースの観測では非アクティブな小惑星であるように見えました。当然のことながら、OSIRIS-RExを使用する科学者は詳細を知りたいと考えていました。宇宙船に遭遇した場合、これらの小惑星の1つを間近で研究する計画外の機会がありました。

「これは、小惑星がどのように動作するかについての知識を拡大する絶好の機会です。」
OSIRIS-RExミッション、主任研究者、ダンテラウレッタ教授。

アリゾナ大学ツーソン校のOSIRIS-RExの主任研究員であるDante Lauretta氏は、次のように述べています。「これは、小惑星がどのように振る舞うかについての知識を拡大する絶好の機会です」と彼はプレスリリースで述べました。

Bennuのような活動的な小惑星にはさまざまな原因があります。昇華氷、衝撃、回転不安定性、熱破壊、および静電反発はそれらの一部です。 12月6日にScienceで発表された論文で、Laurettaと他の科学者は、Bennuの質量損失の観察結果を発表しました。この論文のタイトルは、「活動的な小惑星（101955）ベンヌの表面からの粒子放出のエピソード」です。

論文のタイトルは、これらの粒子放出が連続的というよりは一時的なものであることを明確にしています。チームは、1月6日、1月、19日、および2月11日のパーティクル放出の最大の3つのエピソードに焦点を当てました。最大のイベントは1月6日で、OSIRIS-RExが約200個の粒子をBennuから放出した。全体として、粒子は毎秒約3メートル（6フィート）で移動し、サイズは1インチ未満から4インチ（10 cm）の範囲でした。

3つはそれぞれ、小惑星の表面の異なる場所で発生しました。 1つは南半球で、2つは赤道の近くで発生しました。それらはすべて正午に発生し、場所については目立ったものは何もないようです。

ベンヌから放出された後、粒子に2つの事の1つが起こりました：それらは小惑星の表面に落ちる前に数日間の短い期間軌道を回ったか、またはそれらは宇宙に放出されました。

チームは粒子の放出を調査した後、いくつかの原因を排除し、流星体の影響、熱応力破壊、または水蒸気の放出という3つの潜在的な原因を解決しました。

ベンヌの近所は忙しい場所のようなもので、たくさんの小さなスペースの岩がぐるぐる回っています。 1つの可能性は、これらの岩がOSIRIS-RExの視界から外れてBennuを攻撃し、粒子をゆるめて、軌道に投入したり、宇宙に放出したことです。

熱破砕も粒子を説明することができます。ベンヌの回転周期は4.3時間で、その間、小惑星の表面温度は大きく変動します。 3つの主要な粒子放出イベントはすべて、午後になり、気温は夜間の低温から日中の高温に上昇します。これらの温度変動により、岩が割れたり、粒子が排出されたりする可能性があります。

またはそれは水の放出である可能性があります。ベンヌには含水粘土が多く含まれており、日中の加熱により膨張して、脱出しようとするときに圧力が発生する可能性があります。その圧力は、岩の亀裂や隙間を作り、岩をかき混ぜて粒子を緩め、粒子を逃がすことができます。

もちろん、答えはこれらのいずれでもないかもしれません。 Bennuの活動的な表面には複数の理由がある可能性があります。

この論文の著者であり、カリフォルニア州パサデナにあるNASAのジェット推進研究所の主任研究員であるスティーブチェズリーは、次のように述べています。表面の材料を小さな断片にして、流星体の衝突が小石を宇宙に打ち込むのをはるかに容易にします。」

これが他の小惑星に何を意味するかはまだはっきりしていません。ベンヌには水が含まれていますが、すべての小惑星が含まれているわけではありません。したがって、水の放出が原因である場合、科学者は「乾燥した」小惑星について結論を出すことはできません。しかし、粒子の放出が流星体の衝突や熱破壊によって引き起こされた場合、この小さな粒子の損失がすべての小さな小惑星で起こっている可能性があります。

2020年の夏に、OSIRIS-RExはBennuからサンプルを収集し、2023年までに地球に戻します。放出されて小惑星に戻されたこれらの粒子は、サンプリング中に採取できるほど小さいので、一部は地球に戻る可能性があります。サンプルが排出されたかどうかを確認することは困難ですが、不可能ではありません。一部の場合は、アクティブな小惑星と、サンプルからの粒子放出の原因について詳しく学ぶことができます。

それまでの間、OSIRIS-RExはまだ長い間Bennuにあり、その一連の科学機器で研究しています。サンプルが収集される前に、小惑星について多くのことを学びます。多分もっと驚きがあるでしょう。