Det är en välkänd astronomisk konvention att jorden bara har en naturlig satellit, som är känd (något okreativt) som 'månen'. Emellertid har astronomer vetat i lite över ett decennium att jorden också har en befolkning av vad som kallas 'övergående månar'. Dessa är en delmängd av Near-Earth Objects (NEOs) som tillfälligt öss upp av jordens gravitation och antar omloppsbanor runt vår planet.
Enligt a ny studie av ett team av finska och amerikanska astronomer kunde dessa tillfälligt fångade orbiters (TCO) studeras med Stort synoptiskt undersökningsteleskop (LSST) i Chile – som förväntas vara i drift 2020. Genom att undersöka dessa objekt med nästa generations teleskop, hävdar studiens författare att vi kommer att lära oss mycket om NEOs och till och med börja utföra uppdrag till dem.
Studien, som nyligen dök upp i tidskriften Ikaros , leddes av Grigori Fedorets – en doktorand från Helsingfors universitets fysikavdelning. Han fick sällskap av fysiker från Luleå tekniska universitet, University of Washingtons Dataintensiv forskning inom astrofysik och kosmologi (DIRAC) Institute och University of Hawaii.
Konstnärens intryck av NEO dubbelasteroiden 1999 KW4. Kredit: ESO
Konceptet med TCO:er postulerades först 2006 efter upptäckten och karakteriseringen av RH120, ett objekt som mäter 2 till 3 meter (6,5 till 10 fot) i diameter som normalt kretsar runt solen. Vart tjugotal år närmar den sig jorden-månesystemet och fångas tillfälligt av jordens gravitation.
Efterföljande observationer av NEOs - såsom asteroid 1991 VG och meteor EN130114 - gav ytterligare tyngd till denna teori och gjorde det möjligt för astronomer att sätta begränsningar på TCO-populationer. Detta ledde till slutsatsen att tillfälligt fångade satelliter finns i två populationer. Å ena sidan finns TCO:er, som motsvarar minst ett varv runt jorden medan de fångas.
För det andra finns det temporärt fångade förbiflygningar (TCF), som motsvarar mindre än ett varv medan de fångas. Enligt Fedorets och hans kollegor är dessa objekt ett tilltalande mål för forskning och möten med rymdfarkoster – antingen i form av CubeSat-stora uppdrag eller större rymdfarkoster som kan utföra prov-returuppdrag.
Till att börja med skulle studiet av dessa objekt tillåta astronomer att begränsa storleken och frekvensen av NEOs som sträcker sig i storlek från 1/10 av en meter till 10 meter i diameter, vilket inte är välförstått. Vanligtvis är dessa föremål för små och för svaga för att de flesta teleskop och tekniker ska kunna observeras effektivt.
Att övervaka och studera denna speciella klass av NEOs är där LSST kommer in i bilden. På grund av sin höga upplösning och känslighet förväntas LSST bli en av de primära anläggningarna för upptäckten av NEOs och potentiellt farliga föremål som annars är mycket svåra att upptäcka. Som Fedorets sa till Universe Today via e-post:
'Även för LSST kommer den stora majoriteten av de övergående månarna att vara för svaga för att upptäckas. Det kommer dock att vara den enda undersökningen som kan upptäcka övergående månar på en regelbunden basis... Funktionerna hos LSST som är särskilt lämpliga för TCO-detektering inkluderar: ett stort synfält; begränsande magnitud V=24,7, vilket tillåter detektering av svaga föremål; operativt läge med rygg-mot-rygg-observationer och snabb uppföljning av samma fält till en början samma natt, vilket hjälper till att identifiera snabbt rörliga släpade objekt.'
När det väl är igång kommer LSST-teleskopet att genomföra en 10-årig undersökning som kommer att ta upp några av de mest angelägna frågorna om universums struktur och utveckling. Dessa inkluderar mysterierna med mörk materia och mörk energi och bildningen och strukturen av Vintergatan. Det kommer också att ägna observationstid åt solsystemet i hopp om att lära sig mer om mindre planetpopulationer och NEOs.
För att bestämma hur många TCO:er LSST kommer att upptäcka, körde teamet en serie simuleringar. Deras arbete bygger på en tidigare studie utförd 2014 av Dr. Bryce Bolin från Caltech och kollegor, där de utvärderade nuvarande och nästa generations astronomiska anläggningar. Det var denna studie som visade hur LSST skulle vara extremt effektiv för att upptäcka övergående månar.
Konstnärens intryck av Large Synoptic Survey Telescope. Kredit: lsst.org
För sin studie omprövade Fedorets Bolins arbete och genomförde sin egen analys. Som han beskrev det:
'[En] syntetisk population av övergående månar kördes genom LSST-peksimuleringen. Den första analysen visade att Moving Object Processing System från LSST bara kunde känna igen tre objekt på fyra år (kadens av tre upptäckter under en period av 15 dagar). Detta verkade [som] ett litet antal, så vi utförde ytterligare analys. Vi valde alla observationer med minst två observationer och utförde omloppsbestämning och orbitalkoppling med metoder som är alternativa till MOPS. Denna speciella behandling ökade antalet observerbara övergående månkandidater med en storleksordning.'
Till slut drog Fedorets och hans team slutsatsen att användningen av LSST och modern programvara för automatisk asteroididentifiering – aka. ett system för bearbetning av rörliga objekt (MOPS) – en TCO kunde upptäckas en gång om året. Den hastigheten skulle kunna höjas till en TCO varannan månad om ytterligare mjukvaruverktyg utvecklas specifikt för identifiering av TCO:er som skulle kunna komplettera en baslinje MOPS.
I slutändan kommer studiet av TCO:er att vara fördelaktigt för astronomer av ett antal skäl. Till att börja med finns det ett gap mellan studiet av större asteroider och mindre bolider - små meteorer som regelbundet brinner upp i jordens atmosfär. De som hamnar däremellan, som vanligtvis mäter mellan 1 och 40 meter (~3 till 130 fot) i diameter, är för närvarande inte väl begränsade.
'Transientmånar är en bra population för att begränsa det storleksintervallet, eftersom de vid dessa storleksintervall bör dyka upp regelbundet och detekteras med LSST', säger Fedorets. 'Dessutom är TCO:er enastående mål för [in-situ] uppdrag. De har levererats 'gratis' till jordens närhet. Därför krävs en relativt liten mängd bränsle för att nå dem. Potentiella uppdrag kan utformas som in situ förbiflygningsuppdrag (t.ex. av CubeSat-klassen), eller som första steg i utnyttjandet av asteroidresurs.'
En konstnärs översikt över uppdragskonceptet för rymdfarkosten Comet Interceptor, som kommer att flyga från jordens närhet för att träffas med en långtidskomet eller interstellärt objekt som kommer in från det yttre solsystemet. Kredit: ESA
En annan fördel med studiet av dessa objekt är hur de kommer att hjälpa astronomer att få en bättre förståelse för potentiellt farliga objekt (PHO). Denna term används för att beskriva asteroider som med jämna mellanrum korsar jordens omloppsbana och utgör risk för kollision. Även om de har liknande observationsegenskaper som TCO:er, kan de urskiljas baserat på enbart deras banor.
Naturligtvis betonade Fedorets att medan TCO:er tillbringar månader i geocentriska omloppsbanor, måste ett möjligt uppdrag för att studera en av dem ha en snabb respons. Lyckligtvis utvecklar ESA ett sådant uppdrag i form av deras 'Comet Interceptor', som kommer att skjutas upp till en stabil vilobana och aktiveras när en komet eller asteroid kommer in i jordens bana.
En större förståelse för jordens tillfälliga satelliter, potentiellt farliga objekt och jordnära asteroider är bara en av många fördelar som förväntas komma från nästa generations teleskop som LSST. Dessa instrument kommer inte bara att tillåta oss att se längre och med större klarhet (och därmed utöka vår kunskap om vårt solsystem och kosmos), de kan också hjälpa oss att säkerställa vår långsiktiga överlevnad som art.
Vidare läsning: Ikaros
