Na meer dan twee jaar in de ruimte te hebben gevlogen, NASA's ruimtevaartuig OSIRIS-REx (Origins, Spectrale interpretatie, Bronidentificatie, Security-Regolith Explorer) is onlangs in een baan rond zijn doel gekomen, de asteroïde Bennu. Asteroïden zoals Bennu worden beschouwd als overblijfselen van de vorming van ons zonnestelsel. Dus, in de eerste missie in zijn soort gevlogen door NASA, OSIRIS-REx wil een monster ophalen en naar de aarde brengen.

Naast verschillende instrumenten aan boord van het ruimtevaartuig is een door MIT door studenten gebouwd exemplaar genaamd de REgolith X-Ray Imaging Spectrometer (REXIS), die gegevens zal verstrekken om te helpen bij het selecteren van de bemonsteringslocatie, evenals andere missiedoelen, inclusief het karakteriseren van de asteroïde en zijn gedrag, en deze te vergelijken met waarnemingen op de grond. REXIS is een gezamenlijk project van het MIT Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS), MIT Afdeling Lucht- en Ruimtevaartkunde (AeroAstro), het Harvard College Observatorium, het MIT Kavli Instituut voor Astrofysica en Ruimteonderzoek, en MIT Lincoln Laboratorium.

Kort na aankomst in Bennu, OSIRIS-REx-onderzoekers kondigden aan dat ze water op de asteroïde hadden geïdentificeerd, mogelijk van invloed zijn op de selectie van de monsternemingslocatie. EAPS sprak met Richard Binzel, een expert op het gebied van asteroïden aan het MIT en mede-onderzoeker van deze missie, het leiden van de ontwikkeling van REXIS - over de rol van het instrument en wat deze bevinding betekent voor het toekomstige gebruik van soortgelijke apparaten. Binzel is ook hoogleraar planetaire wetenschappen in EAPS met een gezamenlijke aanstelling in AeroAstro, en een Margaret MacVicar Faculty Fellow.

V:Wat is het doel van REXIS, als onderdeel van de missie OSIRIS-REx?

A:Het doel van de OSIRIS-REx-missie is om een ​​ongerept monster van het oppervlak van de asteroïde te verkrijgen, Bennu, dat heeft een aantal van de meest originele, overlevende chemie vanaf het allereerste begin van ons zonnestelsel. De asteroïde is als een tijdcapsule, die ons gaat vertellen hoe de toestand van ons zonnestelsel was toen het 4,56 miljard jaar geleden werd gevormd.

Het doel van REXIS is om de samenstelling van Bennu in kaart te brengen ter ondersteuning van de missie, het kiezen van de locatie voor dat monster. Het doel is om naar de asteroïde te gaan en deze tot een jaar lang in detail te bestuderen om te bepalen welke locatie ons het hoogste wetenschappelijke rendement kan opleveren. Het is een kwestie van progressieve evaluatie en karakterisering van de asteroïde:we zullen banen ondergaan die geleidelijk lager gaan tot het punt waarop we het oppervlak zeer gedetailleerd kunnen zien, zoals de kenmerken van kraters en rotsblokken. Op deze manier, we weten waar we het oppervlak gaan raken, pak een monster, en breng het veilig aan boord van het ruimtevaartuig.

Om dit te doen, aan boord van OSIRIS-REx, er is een reeks instrumenten:zichtbare camera's en spectrometers, meestal in de zichtbare en nabij-infraroodgolflengten die het oppervlak van de asteroïde in kaart brengen, naast MIT's REXIS, de REgolith röntgenbeeldvormingsspectrometer. REXIS vult alle andere instrumenten aan en draagt ​​bij aan de rest van de gegevens door te kijken in röntgenlicht. Geen enkel ander instrument op OSIRIS-REx zal het oppervlak in röntgenlicht zien. Dus, dit is vrij uniek in planetaire verkenning, en het feit dat het door studenten is gebouwd is nog verbazingwekkender.

Een van onze doelstellingen is om de mineralenkartering te bevestigen die door de andere instrumenten wordt gedaan. De zichtbare en nabij-infraroodspectrometers zijn gevoelig voor de minerale samenstelling van het oppervlak, en REXIS meet de individuele atomaire elementen die aanwezig zijn. Een van de dingen die we willen bereiken, is kijken of de atomaire elementen die we meten consistent zijn met de mineralen die de andere instrumenten meten en vice versa.

V:Hoe werkt REXIS?

A:REXIS werkt door gebruik te maken van de röntgenstraling van de zon. Sommige van die röntgenstralen raken de asteroïde en interageren met de atomen op het oppervlak:ze worden geabsorbeerd en veranderen het elektronenenergieniveau in de atomen. Wanneer de atomen terugkeren naar hun grondtoestand, ze zenden een röntgenfoton uit, wat betekent dat de röntgenstralen van de zon ervoor zorgden dat de asteroïde gloeide of fluoresceerde.

REXIS meet de energie en de locaties van de röntgenstralen die fluoresceren van het oppervlak van de asteroïde, en de energieën vertellen ons welke atomen aanwezig zijn. De energie van een röntgenfoton dat door een atoom wordt uitgezonden, komt exact overeen met de energie tussen twee elektronenorbitalen. Elk atoom heeft zijn eigen unieke signatuur van energietoestanden, zodat we de elementaire samenstelling van het oppervlak van de asteroïde kunnen afleiden.

We gaan op zoek naar dingen als ijzer, silicium, zuurstof, en zwavel — enkele zeer elementaire bouwstenen van planetaire lichamen. We zullen die hoeveelheden kunnen meten en de samenstelling van deze asteroïde kunnen bepalen.

Nutsvoorzieningen, we doen allerlei kalibratiemetingen, en we leren over de kenmerken van het instrument in de ruimte:manieren waarop het werkt zoals verwacht en verschillen. Het maakt deel uit van het instrumentontwerp om de output van de zon te controleren en de asteroïde-waarnemingen te kalibreren, rekening houdend met eventuele variaties van de zon. REXIS bestaat uit twee delen:het ene deel is de hoofdspectrometer die de röntgenstralen meet die worden uitgezonden door het asteroïde-oppervlak; de tweede is een kleine röntgenmonitor op zonne-energie of SXM, en het kijkt constant naar de output van de zon, die varieert over tijdschalen van minuten, uur, en dagen. Op deze manier, als we naar één locatie op de asteroïde kijken en we zien deze enorme röntgenfluorescentie, we zullen weten of het de asteroïde is die speciaal is op die locatie, of dat het gewoon een zonnevlam was, die toevallig tegelijkertijd plaatsvond. We kijken ook naar de kosmische röntgenachtergrond of CXB en kalibreren de gevoeligheid van ons instrument door te kijken naar een stabiele, sterke röntgenbron in de lucht genaamd de Krabnevel.

We kalibreren ook REXIS-metingen tegen laboratoriummetingen van meteorieten, en we zullen kunnen bepalen op welk type meteoriet Bennu het meest lijkt. Als we enige variatie over het oppervlak zien, kunnen we zeggen welke regio's de meeste gelijkenis vertonen met bekende meteorieten, en dit kan ons leiden naar waar we ons monster krijgen.

Vraag:NASA heeft aangekondigd dat ze bewijs van water op Bennu hebben gevonden. Wat betekent dit voor REXIS en waar het monster vandaan komt?

A:De OSIRIS-REx-missie heeft bewijs gevonden voor de aanwezigheid van gehydrateerde mineralen op het oppervlak van de asteroïde Bennu. Deze mineralen worden gevormd wanneer watermoleculen reageren met rotsachtig materiaal en onderdeel worden van de kristalstructuur. Meteorietstudies suggereren dat dit proces heel vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel plaatsvond. Deze ontdekking vertelt ons dat het oppervlak van Bennu niet is verwarmd tot temperaturen die hoog genoeg zijn om deze mineralen af ​​te breken en het water vrij te geven. Bennu lijkt dit oerwater te bevatten, aanwijzingen geven over hoe dergelijk materiaal op aarde werd afgeleverd, leidt tot een bewoonbare wereld.

Dit is aanlokkelijk nieuws voor REXIS omdat een van de atomaire elementen waar we naar gaan zoeken zuurstof is, dat natuurlijk een belangrijk bestanddeel van water is, en REXIS heeft het potentieel om de vondst van deze watermoleculen in de mineralen van Bennu te bevestigen.

Veel factoren spelen een rol bij de beslissing waar te samplen. Allereerst, we moeten bepalen welke delen van het oppervlak veilig zijn om naar toe te gaan, waarvan we weten dat het ruimtevaartuig kan navigeren, krijg een monster, en kom veilig terug. Dan uit alle veilige regio's, welke het meest wetenschappelijk interessant zijn - gebaseerd op wat we de wetenschappelijke waardekaart noemen. Het doel is om een ​​volledig begrip te hebben van de samenstelling van het oppervlak van de asteroïde en eventuele variabiliteit. Vervolgens, we willen een plaats vinden om te proeven waarvan we denken dat deze de meest originele organische chemie heeft vanaf het begin van het zonnestelsel, en dus zouden plaatsen op Bennu die een signatuur van water kunnen hebben, zeer interessant zijn om te proeven.

Momenteel, we zijn nog steeds vrij ver van de asteroïde en vorderen langzaam naar kleinere orbitale afstanden. We zullen de orbitale afstand voor REXIS bereiken om in juni te beginnen met zijn wetenschappelijke operaties. Vervolgens, REXIS zal vingerafdrukken nemen van de samenstelling van de asteroïde in termen van zijn atomaire elementen. Als we het monster terugkrijgen, dan kunnen we controleren of REXIS het bij het rechte eind heeft. Als we dat deden, het betekent dat we een REXIS-achtig instrument overal in het zonnestelsel kunnen sturen en een betrouwbare vingerafdruk kunnen krijgen van de gedetailleerde samenstelling van waaruit deze objecten zijn gemaakt.

Als REXIS succesvol is, het laat zien dat je met een klein instrument grote wetenschap kunt krijgen. Onze bijnaam voor REXIS is, "de kleine spectrometer die dat zou kunnen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.