科學(xué)家們認(rèn)為小行星 Bennu 的表面就像一個沙灘，富含細(xì)沙和鵝卵石，非常適合收集樣本。過去在地球軌道上的望遠(yuǎn)鏡觀測表明存在大片細(xì)粒物質(zhì)，稱為細(xì)風(fēng)化層，小于幾厘米。
但是，當(dāng)美國宇航局亞利桑那大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的OSIRIS-REx 小行星樣本返回任務(wù)的航天器于 2018 年底抵達(dá)本努時，任務(wù)團(tuán)隊看到一個表面覆蓋著巨石。當(dāng)任務(wù)科學(xué)家觀察到能夠?qū)⒕奘心コ删?xì)風(fēng)化層的過程的證據(jù)時，神秘的精細(xì)風(fēng)化層的缺乏變得更加令人驚訝。
由任務(wù)團(tuán)隊成員 Saverio Cambioni 領(lǐng)導(dǎo)的發(fā)表在《自然》雜志上的新研究使用機(jī)器學(xué)習(xí)和表面溫度數(shù)據(jù)來解開這個謎團(tuán)。進(jìn)行這項研究時，坎比奧尼是 UArizona月球和行星實驗室的研究生，現(xiàn)在是麻省理工學(xué)院地球、大氣和行星科學(xué)系的博士后杰出研究員。他和他的同事最終發(fā)現(xiàn) Bennu 高度多孔的巖石是導(dǎo)致表面出人意料地缺乏精細(xì)風(fēng)化層的原因。
“OSIRIS-REx 中的‘REx’代表 Regolith Explorer，因此繪制和表征小行星表面是一個主要目標(biāo)，”該研究的合著者和 OSIRIS-REx 首席研究員Dante Lauretta 說，他是行星科學(xué)的攝政教授。亞利桑那大學(xué)。“航天器為 Bennu 的整個表面收集了非常高分辨率的數(shù)據(jù)，在某些位置降至每像素 3 毫米。除了科學(xué)興趣之外，缺乏精細(xì)的風(fēng)化層成為任務(wù)本身的挑戰(zhàn)，因為航天器旨在收集這樣的材料。”
為了收集樣本返回地球，建造了 OSIRIS-REx 航天器以在 Bennu 上大約有 100 個車位的停車場大小的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)航。然而，由于大量的巨石，安全采樣點縮小到大約五個停車位的大小。該航天器于 2020 年 10 月成功與 Bennu 接觸以收集樣本材料。
艱難的開始和可靠的答案
“當(dāng) Bennu 的第一張圖像出現(xiàn)時，我們注意到一些區(qū)域的分辨率不夠高，無法查看是否有小巖石或細(xì)小的風(fēng)化層。我們開始使用我們的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，使用熱發(fā)射(紅外線)從巖石中分離出細(xì)小的風(fēng)化層) 數(shù)據(jù)，”坎比奧尼說。
細(xì)粒風(fēng)化層的熱輻射不同于較大巖石的熱輻射，前者受其顆粒大小控制，而后者受巖石孔隙度控制。該團(tuán)隊首先建立了一個與以不同比例混合不同孔隙度的巖石的細(xì)風(fēng)化層相關(guān)的熱排放示例庫。接下來，他們使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來教計算機(jī)如何在示例之間“連接點”。然后，他們使用機(jī)器學(xué)習(xí)軟件分析了白天和夜間觀測到的 Bennu 表面 122 個區(qū)域的熱輻射。
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