小惑星帯からのサンプルリターンによるバイモーダル太陽系の探査。セレス再訪のケース

Exploring the Bimodal Solar System via Sample Return from the Main Asteroid Belt: The Case for Revisiting Ceres.

• Thomas H Burbine
• Richard C Greenwood

抄録

メインベルト小惑星からのサンプルリターンはまだ試みられていませんが、技術的には可能と思われます。コストは大きいが、そのようなミッションの科学的根拠は圧倒的である。グランドタック」モデルが示唆するように、メインベルトの構造は、太陽系の進化の初期段階で、巨大惑星の移動に反応して形成された可能性が高い。メインベルトから戻ってくるサンプルは、このような惑星移動モデルや、バイモーダル太陽系の地球化学的・同位体概念を検証する可能性を秘めている。同位体研究では、太陽系外周部に由来すると考えられるサンプル（CCまたは炭素質コンドライト群）と、太陽系内周部に由来すると考えられるサンプル（NCまたは非炭素質コンドライト群）の間で、組成に明確な違いがあることが示されている。これら2つのグループは、同位体組成の変化図上では、明確な組成のギャップによって分離されている。この2つの領域の界面は、現在の小惑星帯の位置とほぼ一致しているように見え、この2つのグループに由来する物質が含まれています。はやぶさ」の地球近傍小惑星探査(NEA) (25143)は、ごく少量のサンプルでも、小惑星へのサンプルリターンミッションから何がわかるかを示しました。メインベルトサンプルリターンのシナリオの一つは、探査機が打ち上げた投射物を小惑星に衝突させ、破片雲の中を飛行させるというもので、異なる小惑星に複数の投射物を使えば、複数の天体のサンプルを取得できる可能性があります。もう一つのシナリオは、サンプルを得るために小惑星に着陸するより伝統的な方法です。サンプルリターンミッションのターゲットとして、メインベルト小惑星のかなりの範囲が利用可能であり、このようなミッションは小惑星帯の鉱物学的・同位体マッピングの第一歩となるでしょう。小惑星帯へのサンプルリターンミッションは、バイモーダル太陽系のパラダイムを検証するために、必ずしもNC群とCC群の両方から物質を回収する必要はない。その代わり、CCに関連したサンプルが非常に不完全であるという圧倒的な証拠がある。私たちの分析に基づいて、私たちは、太陽系に内在する多様性をさらに探求するための最良の手段として、矮小惑星(1)セレスへの専用サンプルリターンミッションを提唱します。セレスは氷に覆われた惑星であり、海王星を越えた天体である可能性があります。セレスから持ち帰られた物質とよく似た隕石はほぼ確実に存在しない。ドーン」ミッションで得られた豊富なデータは、セレスからのサンプルリターンミッションを現実的なコストで論理的に実現可能にしている。セレスほど初期の太陽系について多くの洞察を提供できる潜在的なメインベルトターゲットは他にない。このようなミッションは、国際的な科学者コミュニティによって最優先されるべきである。

Sample return from a main-belt asteroid has not yet been attempted, but appears technologically feasible. While the cost implications are significant, the scientific case for such a mission appears overwhelming. As suggested by the "Grand Tack" model, the structure of the main belt was likely forged during the earliest stages of Solar System evolution in response to migration of the giant planets. Returning samples from the main belt has the potential to test such planet migration models and the related geochemical and isotopic concept of a bimodal Solar System. Isotopic studies demonstrate distinct compositional differences between samples believed to be derived from the outer Solar System (CC or carbonaceous chondrite group) and those that are thought to be derived from the inner Solar System (NC or non-carbonaceous group). These two groups are separated on relevant isotopic variation diagrams by a clear compositional gap. The interface between these two regions appears to be broadly coincident with the present location of the asteroid belt, which contains material derived from both groups. The Hayabusa mission to near-Earth asteroid (NEA) (25143) Itokawa has shown what can be learned from a sample-return mission to an asteroid, even with a very small amount of sample. One scenario for main-belt sample return involves a spacecraft launching a projectile that strikes an object and flying through the debris cloud, which would potentially allow multiple bodies to be sampled if a number of projectiles are used on different asteroids. Another scenario is the more traditional method of landing on an asteroid to obtain the sample. A significant range of main-belt asteroids are available as targets for a sample-return mission and such a mission would represent a first step in mineralogically and isotopically mapping the asteroid belt. We argue that a sample-return mission to the asteroid belt does not necessarily have to return material from both the NC and CC groups to viably test the bimodal Solar System paradigm, as material from the NC group is already abundantly available for study. Instead, there is overwhelming evidence that we have a very incomplete suite of CC-related samples. Based on our analysis, we advocate a dedicated sample-return mission to the dwarf planet (1) Ceres as the best means of further exploring inherent Solar System variation. Ceres is an ice-rich world that may be a displaced trans-Neptunian object. We almost certainly do not have any meteorites that closely resemble material that would be brought back from Ceres. The rich heritage of data acquired by the Dawn mission makes a sample-return mission from Ceres logistically feasible at a realistic cost. No other potential main-belt target is capable of providing as much insight into the early Solar System as Ceres. Such a mission should be given the highest priority by the international scientific community.

© The Author(s) 2020.