Tudo Que Você Precisa Saber Sobre A Coleta De Amostras do Bennu Pela Sonda OSIRIS-REx Da NASA

Voando de forma automática a mais de 320 milhões de quilômetros da Terra, a sonda da NASA OSIRIS-REx está prestes a tocar a superfície do asteroide Bennu, coletar amostras do seu solo, que em 2023 devem chegar na Terra, para que os cientistas possam pesquisar sobre a história do Sistema Solar.

O sucesso da missão de 1 bilhão de dólares irá depender do que vai acontecer em poucos segundos, por volta das 19:12, hora de Brasília do dia 20 de outubro de 2020, quando o braço robótico da OSIRIS-REx irá entrar em contato com a superfície repleta de blocos rochosos do asteroide Bennu, liberar uma carga de nitrogênio de alta pressão, e tentar então capturar amostras do solo do asteroide rico em carbono.

Devido à baixa gravidade do asteroide, não é possível pousar na superfície do Bennu. Então vai ser como dar um beijo na sua superfície que irá durar poucos segundos.

Se tudo funcionar como o planejado, a sonda irá deixar o asteroide em 2021 e irá voltar para a Terra, a OSIRIS-REx então irá liberar uma cápsula contendo as amostras do asteroide que devem entrar na atmosfera e pousar com paraquedas, no dia 24 de setembro de 2023 no deserto de Utah, nos EUA.

O nome da sonda OSIRIS-REx, significa, Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer, algo como Origens (estudar a origem do asteroide e do próprio Sistema Solar), Interpretação Espectral (para saber a composição do asteroide), Identificação de Recursos (explroar o asteroide atrás de minerais preciosos, como ouro e platina), Segurança (entender como determinados efeitos podem afetar a órbita do asteroide e até mesmo colocá-lo em órbita de colisão com a Terra, Exploradora do Regolito (a parte da coleta de amostras, já que será do regolito que as amostras serão coletadas). Essa missão foi selecionada para ser desenvolvida em 2011, e no dia 8 de setembro de 2016, a OSIRIS-REx foi lançada direto do Kennedy Space Center, a bordo de um foguete Atlas 5 da ULA.

Em setembro de 2017, a sonda passou pela Terra, ganhou uma assistência gravitacional do nosso planeta, e corrigiu seu curso para rumar para o Bennu, que completa uma volta ao redor do Sol a cada 1.2 anos. A OSIRIS-REx chegou no Bennu em dezembro de 2018 e entrou na órbita ao redor do asteroide, dando início a uma campanha de 2 anos de mapeamento do asteroide com câmeras, com espectrômetros e com um laser canadense usado para medir a rugosidade da superfície do asteroide.

A OSIRIS-REx também procurou nesse tempo por um local para poder realizar a sua coleta de amostras, e ensaiou o procedimento de coleta de amostras, para que tudo dê certo no momento exato, onde a sonda irá tocar a superfície e coletar cerca de 60 gramas de amostras do asteroide para enviar para a Terra.

Os cientistas e engenheiros estão confiantes que a OSIRIS-REx irá executar a manobra conehcida como Touch-And-Go da maneira programada. Sempre é bom lembrar que a sonda irá executar tudo sozinha.

O Bennu e a OSIRIS-Rex estão a cerca de 334 milhões de quilômetros da Terra. Nessa distância a comunicação entre a Terra e a sonda leva 18 minutos, o que impede uma pilotagem em tempo real.

Então a sonda OSIRIS-REx irá voar de forma autônoma, empregando um complexo software de navegação, algoritmos de rastreamento do terreno e comandos programados para executar as manobras levando-a para a zona de coleta que tem o tamanho aproximado de uma quadra de tênis na superfície do Bennu.

Com a forma de um diamante, o Bennu mede cerca de 500 metros de diâmetro e tem um período de rotação de 4.3 horas. O nome Bennu foi dado ao asteroide em homenagem a uma antiga entidade Egípcia que está ligada, ao Sol, a criação e ao renascimento. O Bennu segue uma órbita ao redor do Sol, que interagem com a órbita da Terra, e o asteroide passa, relativamente próximo do nosso planeta a cada 6 anos aproximadamente.

Isso faz com que o Bennu seja classificado como sendo um PHA, ou asteroide potencialmente perigoso, e possui uma pequena chance de 1 em 2700 que ele possa colidir com a Terra no final dos anos 2100.

O Bennu foi descoberto em 1999 por uma pesquisa que usou telescópios em Terra e que rastreava NEOs, os objetos próximos da Terra. A OSIRIS-REx é a primeira missão espacial a visitar o Bennu.

Desde que chegou no Bennu, a aproximadamente 2 anos atrás, a OSIRIS-REx tem determinado que o asteroide está perdendo material para o espaço. A missão também descobriu que o Bennu, conhecido como um asteroide do Tipo-B, é coberto por minerais ricos em carbono e água. O material orgânico pode conter carbono numa forma que normalmente é encontrada na biologia, ou em compostos associados com a a biologia.

A abundância de material rico em carbono é um dos maiores triunfos científicos da missão. Os pesquisadores estão otimistas que as amostras que serão coletadas pela OSIRIS-REx serão ricas em material orgânico.

Os cientistas descrevem o Bennu como sendo uma pilha de entulho na forma de diamante, flutuando pelo espaço.

Os cientistas disseram também, que o local escolhido para a coleta de amostras da OSIRIS-REx, chamado de Nightingale, também abriga a assinatura de material orgânico, os blocos fundamentais para a vida. O Nightingale, fica no hemisfério norte do asteroide Bennu e está localizado dentro de uma cratera que tem cerca de 140 metros de diâmetro, mas a área de coleta, segura, tem apenas 16 metros de diâmetro.

Os painéis solares da sonda se estendem por 6.2 metros de ponta a ponta, é bem parecida com uma tie fighter.

Os cientistas esperam que o Nightingale possa trazer grandes resultados. As observações feitas pela OSIRIS-REx também indicou que o material no local da coleta foi recentemente exposto às condições terríveis do espaço, o que significa que a missão poderá coletar amostras bem primordiais, que ficaram praticamente intocáveis, nos 4.5 bilhões de anos de história do nosso Sistema Solar.

Mas o Bennu ofereceu algumas surpresas, o que forçou com que a equipe da missão tivesse que replanejar como a OSIRIS-REx iria navegar até o ponto de coleta.

O Bennu, na verdade é mais rugoso, mais acidentado e tem mais blocos rochosos soltos, do que os planejadores da missão esperavam antes. A OSIRIS-REx, preferiria um local mais suave, com material mais fino na superfície para poder realizar sem muitos problemas a manobra de coleta de material.

Depois de observar de perto o Bennu, os engenheiros desenvolveram uma capacidade de navegação nova para ajudar a guiar a sonda na fase final de descida até a superfície acidentada do asteroide.

A sonda irá usar uma capacidade chamada de rastreamento de características naturais, onde ela fará uma série de imagens com a sua câmera de navegação para identificar automaticamente, crateras e outras feições na superfície do asteroide, que serão usadas para ajustar a posição e a velocidade da sonda. A OSIRIS-REx irá de forma autônoma comparar as imagens com o mapa topográfico que ela tem carregado no seu computador antes da descida.

Se a sonda detectar uma área perigosa durante a sua aproximação, ela poderá abortar a missão de coleta, quando ela estiver a apenas 5 metros de distância do Bennu. Se tudo correr bem, os algoritmos de navegação irão levar a OSIRIS-REx para o local de coleta de amostras com uma precisão de 7 metros, três vezes melhor do que tinha sido planejado anteriormente.

Os algoritmos de rastreamento de características naturais foram testados com sucesso durante o ensaio geral realizado em 11 de agosto de 2020, que fez a sonda chegar a 40 metros de distância do asteroide. As câmeras da sonda capturaram então as imagens de mais alta resolução até hoje do Nightingale, quando a OSIRIS-REx sobrevoou o local em agosto de 2020, permitindo assim que as equipes em Terra pudessem atualizar e refinar os mapas para a capacidade de rastreamento das características naturais antes da tentativa de coleta propriamente dita.

O ensaio de agosto de 2020 aconteceu depois de outra prática, realizada em 15 de abril de 2020, que simulou a descida da sonda até 65 metros de altura.

A tentativa de coleta de amostras do Bennu estava planejada originalmente para o mês de agosto de 2020, mas a equipe preferiu empurrar para outubro para ter mais tempo de completar todos os preparativos, e também devido aos problemas com o trabalho causados pela pandemia.

A descida da sonda até o asteroide irá levar aproximadamente 4 horas e meia. É uma descida muito mais lenta e cuidadosa do que os 7 minutos que são gastos, por exemplo, para descer pela atmosfera de Marte.

Os pesquisadores não consideram essa descida como sendo 7 minutos de terror. É muito mais 4 horas e meia de pura ansiedade. Foi tudo praticado e ensaiado com a sonda, tudo isso já foi realizado com ela e deu tudo certo até o momento.

Os controladores irão acompanhar tudo direto das instalações da Lockheed Martin em Denver, Colorado. No início do dia 20 de outubro de 2020, foram enviados os últimos comandos para a OSIRIS-REx. A sonda então está pronta para realizar todas as suas manobras.

Às 14:50 (tudo será na hora de Brasília), a sonda queimou seus motores, para deixar a sua órbita de segurança que fica a aproximadamente 1 km de distância do asteroide Bennu. A queima irá mudar a velocidade da sonda com relação ao asteroide para menos de 8 cm/s.

O tamanho pequeno do Bennu e a sua gravidade bem baixa faz com que a sonda OSIRIS-REx possa ajustar sua trajetória com pequenos impulsos gerados pelos seus motores.

Por volta das 15:10, a OSIRIS-REx estendeu o seu braço robótico de coleta de amostras, chamado de Touch And Go Sample Acquisition Mechanism, ou TAGSAM. O braço tem cerca de 3.35 metros de comprimento e  tem um aparato na ponta que lembra um filtro de ar de um carro.

A descida será lenta e metódica. A tênue gravidade do Bennu irá puxar a sonda a apenas 10 micro-g, o equivalente a 1 milionésimo da força de gravidade da Terra, fazendo com que a aproximação se pareça mais com a aproximação de uma sonda com a ISS do que com o pouso em outro mundo.

A OSIRIS-REx irá mudar sua atitude, ou orientação, para a descida final até o asteroide que deve acontecer por volta das 18:29, e então ajustar seus dois painéis solares na configuração de Y começando às 18:36 para que eles fiquem afastados da superfície do asteroide.

O computador da sonda irá calcular o tempo exato para as duas queimas finais do motor com base nos dados do sistema de rastreamento interno da sonda, com a localização das feições na superfície do Bennu. O sistema de guiagem irá gerar as soluções de navegação de forma automática, e executando uma queima posterior caso seja necessário.

Uma queima de checkpoint irá acontecer às 18:30 e isso permitirá que a OSIRIS-REx comece a sua queda livre até o asteroide.

Nesse ponto, a manobra de checkpoint irá virar a sonda novamente e enviará a OSIRIS-REx em direção à superfície do asteroide. Depois da sonda cruzar a altitude dos 50 metros, cerca de 10 minutos depois do checkpoint, uma terceira e última manobra, a manobra de matchpoint irá reduzir a velocidade da descida, e colocará a sonda em contato com o Nightingale.

A queima de matchpoint está programada para acontecer por volta das 19:00.

A OSIRIS-REx irá atingir a superfície do Bennu a uma velocidade aproximada de 10 cm/s, uma fração da velocidade com a qual você caminha. A sonda não ficará por muito empo em contato com o asteroide, entre 10 e 15 segundos, para que o TAGSAM faça o seu trabalho e faça contato com o asteroide.

Uma garrafa de nitrogênio comprimido irá disparar durante o toque, isso irá levantar poeira e rochas da superfície do asteroide, a cerca de 20 centímetros de profundidade, onde o material está totalmente protegido das variações de temperatura e da radiação.

Desenvolvido pelos engenheiros da Lockheed Martin, o TAGSAM irá armazenar as amostras sopradas pelo nitrogênio e irá sugar as amostras no coletor, é como se fosse um aspirador de pó, funcionando ao contrário. Uma câmera no coletor irá registrar o trabalho feito a 1 frame por segundo. As imagens obtidas junto com manobras que permitirão medir a massa da sonda com precisão, que acontecerão nos próximos dias, irão dizer aos engenheiros como o equipamento funcionou.

O mecanismo só é capaz de lidar com rochas que tenham cerca de 2 centímetros de diâmetro. Depois dos poucos segundos de contato com o Bennu, a OSIRIS-REx irá acionar seus motores novamente para deixar o asteroide e retornar para a órbita.

Durante as fases críticas de descida, a sonda irá enviar para a Terra dados limitados de telemetria. No final do dia 20 de outubro de 2020, a OSIRIS-REx irá reestabelecer a comunicação de dados de alta taxa, e então os controladores poderão ter acesso completo à performance de toda a manobra realizada.

As primeiras imagens do procedimento de Touch-And-Go da OSIRIS-REx com o Bennu só chegarão na Terra na quarta-feira, dia 21 de outubro de 2020, para mostrar como o sistema de amostragem funcionou, e para dar um indicativo inicial se a sonda conseguiu ou não coletar as amostras necessárias.

No sábado, dia 24 de outubro de 2020, os controladores da missão irão enviar para a OSIRIS-REx os comandos para que ela possa fazer as manobras de rotação para medir o seu momento de inércia. Os engenheiros irão comparar esses resultados com manobras similares realizadas antes da coleta de amostras para poder estimar com precisão a massa de rocha que a sonda conseguiu amostrar do Bennu.

Os pesquisadores querem coletar 60 gramas. Isso foi definido com vários laboratórios no mundo todo que poderão receber partes das amostras, e essas 60 gramas são ideais para que os pesquisadores possam fazer o estudo de química orgânica e de minerais hidratados , além da idade e outros tipos de medidas.

O TAGSAM foi testado coletando no mínimo 150 gramas, e a melhor situação possível é que ele possa pegar a maior quantidade possível de amostras e fique lotado.

O equipamento pode pegar até 2 kg de amostras, mas 60 gramas é o limite inferior para se poder trabalhar. Se o compartimento aparecer cheio será perfeito.

Se a NASA estiver satisfeita com a quantidade de material adquirido pela OSIRIS-REx, a agência irá decidir no dia 30 de outubro de a missão alcançou os seus objetivos. Se esse for o caso, a sonda irá continuar fazendo as observações de sensoriamento remoto do asteroide antes de começar a retornar para a Terra em 2021.

No caso da missão ser abortada, ou se a quantidade de amostras coletada não for as 60 gramas mínimas, então acontecerá o planejamento para uma próxima tentativa em janeiro de 2021.

Se tudo correr bem com a coleta de amostras os controladores em Terra irão enviar comandos para a OSIRIS-REx para que ela possa usar o seu braço para colocar as amostras num recipiente adequado dentro da cápsula de retorno da OSIRIS-REx. A cápsula é fechada , lacrada e estará pronta para a viagem de volta para a Terra.

Depois que a cápsula pousar na Terra, uma equipe de recuperação irá transportar a carga para o Johnson Space Center da NASA em Houston, onde os cientistas irão abrir a cápsula dentro de um laboratório ultra limpo para poder começar a estudar o conteúdo.

São esses pesquisadores do Johnson que analisam as rochas da Lua.

Os cientistas esperam que o material do asteroide represente a assinatura do Bennu, ou seja, rico em carbono e minerais hidratados. Isso seria maravilhoso.

Em termos de tamanho das amostras, provavelmente teremos dois tamanhos diferentes. Grãos finos e amostras com 2 centímetros de diâmetro, essa diversidade é excelente para estudos geológicos também.

A equipe que construiu a OSIRIS-REx tomou medidas extras para garantir que as amostras coletadas do asteroide não serão contaminadas por material orgânico da Terra.

Os pesquisadores irão usar microscópios ópticos e eletrônicos, laboratórios super especializados e aceleradores síncrotron, para fazer as análises das amostras do asteroide.

Os equipamentos científicos que se qualificados para voar ao espaço operam em temperaturas extremas, e no vácuo, com intensa radiação e funcionam com pouca energia, assim são limitados, mas aqui na Terra não, todo arsenal poderá ser usado.

Os cientistas tentarão determinar se o Bennu possui algum tipo de aminoácidos ou outros compostos interessantes. As moléculas associadas com a vida como o DNA, têm uma orientação distinta, no caso do DNA em organismos na Terra, a dupla hélice sempre gira na direção para a direita, e os átomos que fazem os aminoácidos estão sempre orientados para a esquerda.

As preferências na orientação dos átomos que constituem as moléculas biológicas faz com que seja mais fácil construir estruturas mais complexas.

O Bennu é um dos mais de um milhão de asteroides conhecidos no nosso Sistema Solar, e esses asteroides são relíquias do material mais primário que formou os planetas no nosso sistema, e eles guardam informações importantes sobre como o sistema se formou e evoluiu até agora.

Os dados da OSIRIS-REx mostram que boa parte dos blocos rochosos do asteroide são mais porosos do que se esperava. Os cientistas dizem que a maior parte desses bloco rochosos no asteroide são muito fracos que provavelmente não iriam sobreviver à entrada na atmosfera da Terra, então os dados da OSIRIS-REx poderiam oferecer o elo perdido entre as rochas espaciais e os meteoritos que encontramos aqui na Terra.

O retorno de amostras do Bennu pode nos ajudar a responder algumas questões fundamentais da astrobiologia, como a chegada a água e da matéria orgânica na Terra e o papel desses elementos na geração da vida no nosso planeta.

Outro objetivo da missão da OSIRIS-REx é caracterizar as forças que empurram o Bennu, gradativamente mudando sua órbita. Uma dessas forças é chamada de Efeito Yarkowski, no qual as emissões térmicas do asteroide podem afetar sua trajetória através do Sistema Solar. A pressão de radiação do Sol é outra força que influencia o asteroide.

Esses dados ajudarão os cientistas a entenderem melhor sobre a ameaça de asteroide que podem colidir com a Terra.

A OSIRIS-REx não é a única missão que está viajando pelo Sistema Solar e que coletou amostras de asteroide e que vai enviar essas amostras para a Terra.

A sonda japonesa Hayabusa-2 está voltando para a Terra, com as amostras coletadas em 6 de dezembro de 2019 do asteroide Ryugu, um asteroide que tem 900 metros de diâmetro.

O Ryugu se parece com o Bennu em certas formas pois é um asteroide rico em carbono, e materiais orgânicos.

A NASA e a JAXA têm um acordo para compartilhar amostras, dados e resultados das missões OSIRIS-REx e Hayabusa-2.

Vai ser muito bom ter os cientistas compartilhando todos esses dados, e assim teremos a chance, finalmente de entender como foi o início da história do Sistema Solar e como ele evoluiu até hoje, além de tentar entender como a água chegou na Terra, e possivelmente como a vida pode ter começado aqui no nosso planeta.

Fonte:

https://spaceflightnow.com/2020/10/19/after-four-year-journey-nasa-spacecraft-ready-to-touch-an-asteroid/

Sérgio Sacani

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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