Highly porous rocks responsible for Bennu's surprisingly craggy surface

但当美国国家航空航天局（NASA）主导、亚利桑那大学执行的OSIRIS-REx小行星采样返回任务航天器于2018年末抵达贝努星时，任务团队发现其表面遍布巨石。更令人惊讶的是，任务科学家观测到存在能将巨石破碎成细粒风化层的地质过程，而细粒风化层的神秘缺失现象愈发令人费解。

由任务团队成员萨维里奥·坎比奥尼主导、发表于《自然》期刊的新研究，利用机器学习与地表温度数据解开了这一谜团。开展研究时，坎比奥尼是亚利桑那大学月球与行星实验室的研究生，现为麻省理工学院地球、大气与行星科学系的博士后杰出研究员。他与同事最终发现，贝努星高度多孔的岩石是地表细粒风化层惊人缺失的原因。

研究报告合著者、OSIRIS-REx首席研究员、亚利桑那大学行星科学特聘教授但丁·劳雷塔表示："OSIRIS-REx中的'REx'代表'风化层探测器'，因此对小行星表面进行测绘与表征是核心任务目标。航天器采集了覆盖贝努星整个表面的超高分辨率数据，部分区域分辨率高达每像素3毫米。细粒风化层的缺失不仅引发科学关注，更成为任务本身的技术挑战——因为航天器原设计用于采集此类物质。"

为采集返回地球的样本，OSIRIS-REx航天器设计可在贝努星约100个停车位大小的区域航行。然而由于大量巨石存在，安全采样区域被压缩至约五个停车位大小。2020年10月，该航天器成功接触贝努星表面并采集样本物质。

岩石初现与确凿答案

"首批贝努星图像传回时，我们注意到某些区域分辨率不足以判别小型岩石或细粒风化层。于是开始利用热辐射（红外）数据，通过机器学习方法区分细粒风化层与岩石。"坎比奥尼解释道。

细粒风化层的热辐射特性与大型岩石截然不同：前者受颗粒尺寸控制，后者则由岩石孔隙度决定。团队首先建立热辐射特征样本库，涵盖不同孔隙度岩石与细粒风化层的多种混合比例。随后运用机器学习技术训练计算机"将点连起来"识别规律。最终利用该软件分析贝努星表面122个区域在昼夜时段观测到的热辐射数据。

"唯有机器学习算法能高效处理如此庞大的数据集。"坎比奥尼强调。

数据分析完成后，坎比奥尼与合作者发现惊人现象：细粒风化层在贝努星表面并非随机分布，而在岩石孔隙度更高的区域含量更低——这类区域覆盖了大部分地表。

团队得出结论：贝努星的高孔隙度岩石极少产生细粒风化层，因为陨石撞击会使这些岩石发生压缩而非破碎。岩石内部的空隙如同海绵般缓冲了陨石撞击力。该发现亦与其他研究团队的实验室实验结果吻合。

研究报告合著者、法国国家科学研究中心（CNRS）暨蔚蓝海岸天文台与大学拉格朗日实验室博士后研究员克里萨·阿夫德利杜指出："本质上，撞击能量的大部分被用于压缩孔隙，这抑制了岩石破碎及新生细粒风化层的产生。"

此外，随着小行星昼夜交替导致的岩石热胀冷缩开裂过程，多孔岩石中的裂纹扩展速度比致密岩石更缓慢，进一步阻碍了细粒风化层的形成。

NASA戈达德太空飞行中心OSIRIS-REx项目科学家杰森·德沃金表示："当2023年9月OSIRIS-REx将贝努星样本送达地球时，科学家将能开展详细研究，包括测试岩石物理特性以验证本次发现。"

其他探测任务为团队发现提供了佐证。日本宇宙航空研究开发机构的隼鸟2号任务探测龙宫小行星（与贝努星同属碳质小行星）时，发现该天体同样缺乏细粒风化层且具有高孔隙度岩石。相反，2005年JAXA隼鸟号探测丝川小行星时，发现这颗S型小行星表面存在大量细粒风化层——其岩石成分与贝努星及龙宫星不同。坎比奥尼团队先前的研究通过地球观测证实：丝川星的岩石孔隙度低于贝努星与龙宫星。

研究报告合著者、CNRS研究主任暨拉格朗日实验室成员马尔科·德尔博表示："数十年来，天文学家对于近地小型小行星能否存在裸岩表面一直存在争议。2000年代航天器造访S型小行星爱神星与丝川星并在其表面发现细粒风化层后，这些小型小行星可携带大量细粒风化层的最有力证据才得以确立。"

团队预测：细粒风化层大面积区域在碳质小行星（小行星中最常见类型，被认为具有类似贝努星的高孔隙度岩石）上应属罕见。反之，富含细粒风化层的地形在S型小行星（太阳系第二大常见族群，其岩石被认为比碳质小行星更致密且孔隙度更低）上应较为普遍。

"这是破解小行星表面多样性驱动机制谜题的关键一环。小行星被视为太阳系的化石，理解其随时间演化的过程对于认知太阳系形成与演化机制至关重要。"坎比奥尼总结道，"既然我们现已明确碳质与S型小行星的根本差异，未来团队可根据目标小行星的性质更精准地规划样本采集任务。"