[论文解读] Characterization of Exogenic Boulders on Near-Earth Asteroid (101955) Bennu from OSIRIS-REx Color Images

L. Le Corre, V. Reddy+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2021

Astro and Planetary Science参考文献 50被引用 9

一句话总结

本研究利用OSIRIS-REx任务的MapCam彩色图像识别并表征了小行星Bennu上的外源性巨石，确认了来自灶神星的古钙长辉橄无球粒陨石物质，并暗示存在额外的普通球粒陨石污染。研究发现，实验室陨石光谱与Bennu表面光谱之间的差异可能源于颗粒尺寸效应或尘埃覆盖，估算Bennu体积中约0.1–0.2%可能为类似普通球粒陨石的物质，碰撞混合是最可能的污染机制。

ABSTRACT

A small number of anomalously bright boulders on the near-Earth, rubble-pile asteroid (101955) Bennu were recently identified as eucritic material originating from asteroid (4) Vesta. Building on this discovery, we explored the global presence of exogenic boulders on Bennu. Our analysis focused on boulders larger than 1 m that show the characteristic 1-micron pyroxene absorption band in the four-color MapCam data from the OSIRIS-REx mission. We confirm the presence of exogenic boulders similar to eucrites and find that mixtures of eucrites with carbonaceous material is also a possible composition for some boulders. Some of the exogenic boulders have spectral properties similar to those of ordinary chondrite (OC) meteorites, although the laboratory spectra of these meteorites have a higher albedo than those measured on Bennu, which could be explained by either a grain size effect, the presence of impact melt, or optical mixing with carbonaceous material owing to dust coating. Our Monte Carlo simulations predict that the median amount of OC mass added to the parent body of Bennu is 0.055% and 0.037% of the volume of a 100- and 200-km-diameter parent body, respectively. If Bennu was a uniformly mixed byproduct of parent body and S-type projectiles, the equivalent mass of OC material would be a sphere with a diameter of 36 to 40 m (or a volume of 24,200 to 33,600 m3). The total amount of OC material in the interior of Bennu estimated from the MapCam data is slightly higher (91,000-150,000 m3).

研究动机与目标

• 利用OSIRIS-REx任务的多光谱彩色数据，识别并表征Bennu上大于1米的外源性巨石。
• 通过将巨石的光谱特性与实验室陨石光谱进行比较，确定其陨石亲缘关系。
• 估算Bennu上外源性物质的体积与分布，特别是类似普通球粒陨石的物质。
• 评估各种撞击情景在动力学上的合理性，这些情景可能将此类物质输送到Bennu母体。

提出的方法

• 分析分辨率为25厘米/像素的四色MapCam拼接图，提取颜色比值与光谱特征。
• 使用Golish等人（2020b）提出的模型对辐射率因子（I/F）数据进行光照校正，以标准化观测几何条件。
• 将巨石的颜色比值与重采样的实验室陨石光谱（包括HED和普通球粒陨石）进行光谱匹配。
• 通过蒙特卡洛模拟估算，向直径100公里和200公里的Bennu母体添加的普通球粒陨石物质的中位质量。
• 利用高分辨率形状模型（v28）和ISIS3软件，对MapCam与PolyCam图像进行配准与拼接，以实现精确的空间分析。
• 将观测到的巨石反照率与光谱特征与实验室光谱进行比较，以评估颗粒尺寸效应与混合影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 根据MapCam数据中巨石的颜色与光谱特性，大于1米的外源性巨石的陨石亲缘关系是什么？
• RQ2 为何一些外源性巨石的反照率高于普通球粒陨石的实验室光谱？何种物理机制可解释这一差异？
• RQ3 基于颜色与光谱分析，估算Bennu表面存在的类似普通球粒陨石物质的体积是多少？
• RQ4 在撞击S型小行星、母体解体或其它撞击事件中，哪种动力学情景最可能将外源性物质输送到Bennu母体？
• RQ5 颗粒尺寸效应与与碳质物质的光学混合如何影响外源性巨石的观测光谱特性？

主要发现

• 确认了Bennu上具有古钙长辉橄无球粒陨石（HED）成分的外源性巨石，与DellaGiustina等人（2020a）的先前发现一致。
• 部分明亮外源性巨石的成分可能为古钙长辉橄无球粒陨石与碳质球粒陨石物质的混合物。
• 部分巨石表现出与普通球粒陨石相似的光谱特性，尽管其反照率低于实验室光谱，这可能是由于颗粒尺寸效应或尘埃覆盖所致。
• 估算Bennu上类似普通球粒陨石的物质体积为5,353 m³，略高于先前研究中识别出的70 m³的HED类物质。
• 蒙特卡洛模拟表明，对于直径100公里和200公里的母体，分别有0.055%和0.037%的体积将被普通球粒陨石撞击体添加，相当于直径36–40米的球体。
• 最可能的污染机制是与S型小行星的碰撞，尽管S型撞击体导致母体解体的机制仍为可能的替代解释。