Khi hình ảnh đầu tiên được quay lại từ OSIRIS-REx vào ngày 22 tháng 10 năm 2020, mọi thứ trông khá giống như mong đợi đối với điều tra viên chính của nhiệm vụ, Giáo sư Dante Lauretta.
Chính những bức ảnh nhận được tiếp theo – từ máy ảnh ‘SamCam’ của nhà thám hiểm robot – đã gây ra mối lo ngại.
“Tôi không thích điều này,” Lauretta nói, quay sang kỹ sư hệ thống Estelle Church, người đứng bên cạnh anh trong trung tâm điều hành tàu vũ trụ tại địa điểm của Lockheed Martin ở Littleton, Colorado.
“Tôi cũng không thích,” Lauretta nhớ lại câu nói của mình. Lauretta nhanh chóng nhấc điện thoại gọi cho đồng nghiệp của mình, giám đốc dự án của OSIRIS-REx, Rich Burns.
“Bạn đang xem những hình ảnh từ SamCam phải không?” Lauretta hỏi. “Anh phải xuống đây ngay lập tức!”
Chỉ vài ngày trước đó, tàu vũ trụ OSIRIS-REx đã hoàn thành giai đoạn ly kỳ nhất trong sứ mệnh của nó – lấy mẫu bề mặt của tiểu hành tinh gần Trái đất Bennu.
Cuộc điều động đó đã đánh dấu đỉnh cao của một cuộc điều tra khoa học trong nhiều năm được thực hiện, nhưng sứ mệnh vẫn phải hoàn thành một phần quan trọng trong hành trình của nó: về nhà.
Mặc dù nhóm OSIRIS-REx sẽ dành những tháng tới để chuẩn bị cho quá trình đốt cháy động cơ sẽ đưa nó về Trái đất, cảm xúc vẫn dâng trào từ những gì đã diễn ra cho đến nay.
Sau khi du hành qua Hệ Mặt trời bên trong tới Bennu, OSIRIS-REx – ra mắt vào năm 2016 – đã thực hiện một cuộc trinh sát và nghiên cứu chi tiết kéo dài hai năm về mục tiêu đá của nó.
Ngay từ đầu Bennu đã cho thấy rằng nó đang nắm giữ nhiều bí mật hơn nhiều người có thể tưởng tượng.
Các nhà nghiên cứu đã dự kiến bề mặt của tiểu hành tinh được bao phủ phần lớn bởi các mảnh vật chất nhỏ có kích thước cm. Thay vào đó, những hình ảnh do tàu vũ trụ chụp được khi đến nơi cho thấy một thi thể nằm rải rác với những tảng đá khổng lồ và đá lớn.
Cuối cùng, sau khi phân tích cẩn thận, nhóm nhiệm vụ đã xác định được một điểm trên Bennu kém gồ ghề hơn một chút so với môi trường xung quanh. Miệng núi lửa có biệt danh là ‘Chim sơn ca’ sẽ là địa điểm của mục tiêu chính của nhiệm vụ.
Chính tại điểm này, tàu vũ trụ sẽ lao xuống để thu thập vật liệu mà sau đó sẽ được đưa về Trái đất.
Trọng tâm của quy trình là một bộ thu được gắn vào một cánh tay robot có khớp nối vươn ra từ thân chính của tàu vũ trụ.
Thiết bị TAGSAM này – hay Cơ chế thu nhận mẫu chạm và di chuyển – sẽ ấn vào bề mặt và giải phóng một luồng khí nitơ, đẩy một đám mây vật chất đá lên một khoang hình trụ nông.
Quá trình lấy mẫu vào ngày 20 tháng 10 diễn ra đúng như kế hoạch và các hình ảnh do OSIRIS-REx quay lại về hoạt động ngoạn mục cho thấy thiết bị TAGSAM đang cắm vào bề mặt của Bennu và tàu vũ trụ đang rời đi.
Tàu vũ trụ đang đi xuống bề mặt đầy đá của Bennu trong hình ảnh này từ máy ảnh ‘NavCam 2’. Địa điểm lấy mẫu, được nhóm nhiệm vụ đặt tên mã là ‘Chim họa mi’, xuất hiện ở trung tâm dưới dạng một khu vực hình bầu dục với ít tảng đá lớn hơn.
Có thể nhìn thấy nhánh lấy mẫu của OSIRIS-REx, cùng với thiết bị TAGSAM (Cơ chế thu nhận mẫu chạm và di chuyển) hình tròn ở đầu xa trong hình ảnh máy ảnh SamCam này. Khung này ghi lại khoảnh khắc mà bộ thu TAGSAM tiếp xúc và nhúng vào các tảng đá lỏng lẻo trên bề mặt tiểu hành tinh.
Thiết bị TAGSAM (không có hình trong chế độ xem này từ NavCam 2) đã giải phóng luồng khí nitơ. Những đám mây dày đặc của tiểu hành tinh đá hiện đang phát ra từ địa điểm lấy mẫu khi tàu vũ trụ rời khỏi Bennu.
Tuy nhiên, nhóm sứ mệnh cần kiểm tra xem họ có thực sự bắt được các mảnh của tiểu hành tinh hay không, vì vậy, một thời gian ngắn sau, họ ra lệnh cho tàu chụp ảnh ở các độ dài phơi sáng khác nhau của đầu người thu thập mẫu.
Chính những hình ảnh này hiện đang xuất hiện trên một màn hình lớn trước mặt Dante Lauretta và các đồng nghiệp của ông, gây ra một cảm giác ớn lạnh kinh hoàng.
Lauretta nhớ lại: “Khi chúng tôi xem những hình ảnh phơi sáng thực sự lâu, chúng tôi chỉ có thể thấy những tia sáng này phát ra từ đầu TAGSAM.
Mỗi ‘tia’ là quỹ đạo mờ của một mảnh tiểu hành tinh nhỏ trôi trước máy ảnh – bằng cách nào đó, mẫu mà OSIRIS-REx đã đi rất xa để chụp đã thoát ra ngoài.
Lauretta nói: “Trái tim tôi tan nát vì từng mảnh mà tôi nhìn thấy trôi đi, tôi nghĩ rằng ‘đó là luận án tiến sĩ của ai đó đang bị lạc vào không gian ngay tại đó’.
Tuy nhiên, khi nhóm chạy đua để thiết lập cách thức các mảnh ghép ra khỏi thùng chứa TAGSAM, một bức tranh tích cực hơn về những gì người sưu tầm đã lấy được bắt đầu xuất hiện.
Một trong những hình ảnh được trả lại cho thấy một đoạn rộng 3 cm của Bennu đang mở ‘van’ vải mylar được cho là để chứa bất kỳ mẫu nào đã được chụp.
Nghiên cứu sâu hơn về các bức ảnh từ OSIRIS-REx cho thấy bốn tảng đá khác – có kích thước từ khoảng một đến ba centimet – tất cả đều làm điều tương tự.
Mặc dù họ đang mở van thu gom và cho phép các hạt tràn ra ngoài, nhưng các nhà khoa học vẫn có thể kết luận – dựa trên các giả định về mật độ và ước tính thể tích của chúng – rằng năm tảng đá đại diện cho khoảng 30g vật liệu mẫu; và tất cả dường như bị mắc kẹt chắc chắn trong bộ sưu tập.
Đối với một nhiệm vụ được giao nhiệm vụ mang về nhà 60g tiểu hành tinh, đây là một tỷ lệ đáng kể so với mục tiêu.
Hơn nữa, màn hình lưới tạo thành thành của hộp chứa TAGSAM hình trụ có vẻ hoàn toàn mờ đục, trái ngược hoàn toàn với các hình ảnh thử nghiệm có bố cục giống hệt nhau được chụp trước khi lấy mẫu, cho thấy ánh sáng mặt trời chiếu qua nó.
Các nhà nghiên cứu lập luận rằng điều đó cho thấy có thêm 50g vật chất tiểu hành tinh nằm bên trong, che khuất các lỗ nhỏ trên lưới.
Nhóm nghiên cứu thậm chí có thể nhìn thoáng qua bên trong thùng chứa trong một trong những hình ảnh được gửi lại. Lauretta nói: “Bạn thực sự có thể nhìn qua nắp [mylar] và thấy rằng có những hạt màu đen bên trong.
“Đó là khoảng 17% tổng khối lượng của bộ sưu tập mà chúng ta có thể thấy trong đó. Nếu nó lấp đầy khối lượng đó thì đó là khoảng 300g mẫu khác,” anh ấy nói thêm.
Nhìn chung, Lauretta và các đồng nghiệp của ông tin rằng thiết bị TAGSAM đã thu được vài trăm gam vật chất.
Có tổng cộng khoảng một trăm gam có khả năng bị thất thoát, bao gồm cả các mảnh rơi ra khi cánh tay rô-bốt di chuyển để cố định bộ thu thập bên trong viên nang trả lại mẫu cho hành trình của nó
home – một quy trình được tiến hành sớm hơn dự kiến để ngăn chặn việc loại bỏ nhiều mẫu hơn.
Tuy nhiên, ngay cả những mảnh vỡ của Bennu, ngay trước mắt các nhà nghiên cứu, cũng tiết lộ những hiểu biết sâu sắc về tiểu hành tinh này.
Trước khi tàu vũ trụ thực hiện nỗ lực lấy mẫu táo bạo, sứ mệnh tình cờ phát hiện ra rằng Bennu đang đẩy hàng nghìn mảnh đá nhỏ ra ngoài không gian.
Các nhà nghiên cứu làm việc với dữ liệu OSIRIS-REx lập luận rằng những hạt này có hình dạng giống như vảy mỏng. Chắc chắn rồi, hình ảnh của vật chất thoát ra từ bộ sưu tập TAGSAM đã tiết lộ các vật thể có hình dạng như vậy.
Lauretta nói: “Chúng trông giống như những chiếc bánh bột ngô. “Chúng tôi đã giải quyết được dữ liệu hình ảnh về những thứ mà chúng tôi nghĩ là đang ở trên quỹ đạo xung quanh tiểu hành tinh, vì vậy nó thực sự trở thành một thí nghiệm khoa học.”
Những hình ảnh cho thấy bộ sưu tập TAGSAM đang lao xuống Bennu và các hiệu ứng trên bề mặt của các bộ đẩy của tàu vũ trụ sáng lên để đảo ngược quá trình hạ cánh của tàu thăm dò, cũng cho thấy vật lý hấp dẫn.
Lauretta cho biết những bức ảnh cho thấy có sự kết dính cực kỳ thấp giữa đá và các hạt nhỏ tạo nên bề mặt của tiểu hành tinh.
“Mọi thứ biến mất như một chất lỏng. Nó giống như va vào một vũng nước,” anh nói. “Chúng tôi cứ tiếp tục đi. Khi chúng tôi chạm vào bề mặt của tiểu hành tinh, nó hầu như không gây ra lực.”
Kinh nghiệm của OSIRIS-REx chứng minh một cách tao nhã lý do tại sao một số nhà khoa học hành tinh gọi các tiểu hành tinh như Bennu là ‘đống gạch vụn’.
Lauretta giải thích: “Thực tế là 16,6 giây sau lần tiếp xúc ban đầu, đầu TAGSAM đã nhô lên trên điểm có bề mặt ban đầu. “Tôi không nghĩ rằng có bề mặt ở đó vào thời điểm đó bởi vì chúng tôi đã phá hủy nó, nhưng vẫn vậy. Nếu chúng tôi không bắn những động cơ đẩy đó, tôi không biết chúng tôi sẽ chìm sâu đến mức nào.”
Những gì nằm bên dưới bề mặt đá, tảng đá và bụi liên kết lỏng lẻo của Bennu, vào lúc này, là phỏng đoán của bất kỳ ai.
Lauretta nói: “Đó là một trong những biên giới tiếp theo của các tiểu hành tinh. “Thăm dò cấu trúc bên trong của những đống đổ nát này.”
Tuy nhiên, mẫu do OSIRIS-REx trả về sẽ mang theo một lượng thông tin khổng lồ.
Tiến sĩ Luke Daly, một chuyên gia về thiên thạch tại Đại học Glasgow, người sẽ giúp phân tích mẫu tiểu hành tinh do một tàu vũ trụ khác, Hayabusa- của Nhật Bản, cho biết: “Việc có vật liệu tiểu hành tinh thực tế để xem xét kỹ lưỡng trong phòng thí nghiệm mang lại lợi thế lớn so với các quan sát từ xa được thực hiện bằng kính viễn vọng. 2 nhiệm vụ.
“Trên Trái đất, chúng ta có thể chiếu ánh sáng vào hoặc xuyên qua các khu vực cụ thể của nó, bắn nó bằng tia laze, phân giải nó, cắt và xé nó ra ở cấp độ nguyên tử – về cơ bản, hãy thực sự tìm hiểu chính xác thứ này được làm từ gì, ” anh ta nói.
“Những phân tích như vậy có khả năng cung cấp những hiểu biết sâu sắc về lịch sử của hành tinh chúng ta.
Daly cho biết: “Những tiểu hành tinh này rất giàu nước và hiện là ứng cử viên có khả năng nhất để cung cấp nước và vật chất hữu cơ cho Trái đất sơ khai”.
“Bằng cách đo thành phần của nước trong các mẫu này, chúng tôi hy vọng sẽ có được câu trả lời thuyết phục về nguồn gốc của các đại dương trên Trái đất.”
Trước khi bất kỳ ai có thể nghiên cứu mẫu của OSIRIS-REx, Lauretta và nhóm của anh ấy sẽ phải đưa nó về nhà an toàn. Để làm được điều đó, vào ngày 10 tháng 5, họ sẽ ra lệnh cho tàu vũ trụ kích hoạt các động cơ chính của nó, đưa OSIRIS-REx vào hành trình hướng tới Trái đất và hạ cánh cho viên nang trả lại mẫu ở sa mạc Utah.
Lauretta nói: “Tôi luôn ngạc nhiên và ấn tượng với đội ngũ động lực bay của mình. “Một lần đốt cháy vào năm 2021 đưa chúng ta vào quỹ đạo kéo dài hai năm rưỡi sẽ va vào Trái đất vào tháng 9 năm 2023.”
Đối với các nhà khoa học, những người sẽ được tận mắt nhìn thấy những mảnh vỡ thực sự của Bennu, đó là một ngày không thể đến sớm.