Jest to dobrze znana konwencja astronomiczna, zgodnie z którą Ziemia ma tylko jednego naturalnego satelitę, który jest znany (nieco mało twórczo) jako „Księżyc”. Jednak od nieco ponad dekady astronomowie wiedzą, że na Ziemi występuje również populacja tzw. „Księżyców przejściowych”. Jest to podzbiór obiektów bliskich Ziemi (NEO), które są chwilowo zgarnięte przez grawitację Ziemi i krążą wokół naszej planety.
Według nowego badania przeprowadzonego przez zespół astronomów fińskich i amerykańskich, te czasowo uchwycone orbitery (TCO) można badać za pomocą dużego synoptycznego teleskopu pomiarowego (LSST) w Chile - który ma zacząć działać do 2020 r. Poprzez badanie tych obiektów za pomocą teleskopu nowej generacji autorzy badania argumentują, że możemy się wiele dowiedzieć o nowych osobach, a nawet rozpocząć misję.
Badanie, które niedawno ukazało się w czasopiśmie Ikar, kierował Grigori Fedorets - doktorant z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Helsińskiego. Dołączyli do niego fizycy z Luleå University of Technology, University of Washington Data Intensive Research in Astrophysics and Cosmology (DIRAC) oraz University of Hawaii.
Koncepcja TCO została po raz pierwszy postulowana w 2006 r. Po odkryciu i scharakteryzowaniu RH120, obiektu o średnicy od 2 do 3 metrów (6,5 do 10 stóp) średnicy, który normalnie krąży wokół Słońca. Co dwadzieścia lat zbliża się do układu Ziemia-Księżyc i jest tymczasowo przechwytywany przez grawitację Ziemi.
Późniejsze obserwacje NEO - takie jak asteroida 1991 VG i meteor EN130114 - dodały dalszego znaczenia tej teorii i umożliwiły astronomom nałożenie ograniczeń na populacje TCO. Doprowadziło to do wniosku, że tymczasowo przechwycone satelity występują w dwóch populacjach. Z jednej strony istnieją TCO, które podczas przechwytywania odpowiadają co najmniej jednemu obrotowi wokół Ziemi.
Po drugie, są tymczasowo złapane muchy (TCF), które podczas przechwytywania odpowiadają mniej niż jednemu obrotowi. Według Fedoretsa i jego współpracowników obiekty te są atrakcyjnym celem do badań i spotkań ze statkami kosmicznymi - w formie misji wielkości CubeSat lub większych statków kosmicznych, które mogłyby przeprowadzać misje zwrotu próbki.
Po pierwsze, badanie tych obiektów pozwoliłoby astronomom ograniczyć rozmiar i częstotliwość NEO o wielkości od 1/10 metra do 10 metrów średnicy, co nie jest dobrze zrozumiane. Zazwyczaj obiekty te są zbyt małe i zbyt słabe, aby większość teleskopów i technik mogła je skutecznie obserwować.
Monitorowanie i studiowanie tej specjalnej klasy NEO ma miejsce w przypadku LSST. Ze względu na wysoką rozdzielczość i czułość, oczekuje się, że LSST stanie się jednym z głównych urządzeń do wykrywania NEO i potencjalnie niebezpiecznych obiektów, które w przeciwnym razie byłyby bardzo trudne do wykrycia. Jak Fedorets powiedział Space Magazine pocztą elektroniczną:
„[E] ven dla LSST ogromna większość przejściowych księżyców będzie zbyt słaba, by je odkryć. Będzie to jednak jedyne badanie, w którym można regularnie wykrywać przejściowe księżyce… Cechy LSST, które są szczególnie odpowiednie do wykrywania TCO, obejmują: duże pole widzenia; wartość graniczna V = 24,7, umożliwiająca wykrywanie słabych obiektów; tryb operacyjny z bezpośrednimi obserwacjami i szybkim śledzeniem tego samego pola początkowo tej samej nocy, pomagając w identyfikacji szybko poruszających się obiektów ciągniętych. ”
Po uruchomieniu teleskop LSST przeprowadzi 10-letnie badanie, które odpowie na niektóre z najbardziej palących pytań na temat budowy i ewolucji Wszechświata. Należą do nich tajemnice ciemnej materii i ciemnej energii oraz powstawanie i struktura Drogi Mlecznej. Poświęci również czas obserwacji Układowi Słonecznemu w nadziei, że dowie się więcej o niewielkich populacjach planet i NEO.
Aby ustalić, ile TCO wykryje LSST, zespół przeprowadził serię symulacji. Ich praca opiera się na wcześniejszych badaniach przeprowadzonych w 2014 r. Przez dr Bryce Bolin z Caltech i współpracowników, w których ocenili oni obiekty astronomiczne obecnej i następnej generacji. To badanie wskazało, w jaki sposób LSST byłby niezwykle skuteczny w wykrywaniu przejściowych księżyców.
W ramach swoich badań Fedorets ponownie przeanalizował pracę Bolina i przeprowadził własną analizę. Jak to opisał:
„[A] syntetyczną populację księżyców przejściowych przeprowadzono przez symulację wskazywania LSST. Wstępna analiza wykazała, że system przetwarzania obiektów ruchomych LSST mógł rozpoznać tylko trzy obiekty w ciągu czterech lat (kadencja trzech detekcji w ciągu 15 dni). To wydawało się [jak] niewielka liczba, więc przeprowadziliśmy dodatkową analizę. Wybraliśmy wszystkie obserwacje z co najmniej dwoma obserwacjami i przeprowadziliśmy wyznaczanie orbit i łączenie orbit z metodami alternatywnymi dla MOPS. To specjalne traktowanie zwiększyło liczbę obserwowalnych kandydatów na księżyc przejściowy o rząd wielkości. ”
Ostatecznie Fedorets i jego zespół doszli do wniosku, że za pomocą LSST i nowoczesnego oprogramowania do automatycznej identyfikacji planetoid - aka. system przetwarzania obiektów ruchomych (MOPS) - TCO można odkrywać raz w roku. Stawka ta może zostać zwiększona do jednego TCO co dwa miesiące, jeśli opracowane zostaną dodatkowe narzędzia programowe specjalnie do identyfikacji TCO, które mogłyby uzupełnić bazowy MOPS.
Ostatecznie badanie całkowitych kosztów posiadania będzie korzystne dla astronomów z wielu powodów. Po pierwsze, istnieje luka między badaniami większych asteroid i mniejszych bolidów - małych meteorów, które regularnie wypalają się w ziemskiej atmosferze. Te, które mieszczą się pomiędzy nimi, które zwykle mierzą od 1 do 40 metrów średnicy (~ 3 do 130 stóp), obecnie nie są dobrze ograniczone.
„Przejściowe księżyce są dobrą populacją do ograniczenia tego zakresu rozmiarów, ponieważ w tych zakresach rozmiarów powinny one pojawiać się regularnie i być wykrywane za pomocą LSST”, mówi Fedorets. „Ponadto TCO są wyjątkowymi celami w misjach [in-situ]. Zostały one dostarczone „za darmo” w okolice Ziemi. Dlatego do ich dotarcia potrzebna jest stosunkowo niewielka ilość paliwa. Potencjalne misje mogą być zaprojektowane jako misje przelotowe in situ (np. Klasy CubeSat) lub jako pierwsze kroki w wykorzystaniu zasobów asteroid. ”
Kolejną korzyścią z badania tych obiektów jest to, w jaki sposób pomogą astronomom lepiej zrozumieć potencjalnie niebezpieczne obiekty (PHO). Termin ten jest używany do opisania planetoid, które okresowo przekraczają orbitę Ziemi i stwarzają ryzyko zderzenia. Chociaż mają one podobne cechy obserwacyjne jak TCO, można je rozpoznać na podstawie samych orbit.
Oczywiście Fedorets podkreślił, że podczas gdy TCO spędzają miesiące na geocentrycznych orbitach, możliwa misja zbadania jednego z nich musiałaby mieć charakter szybkiego reagowania. Na szczęście ESA rozwija taką misję w postaci „Komety przechwytującej”, która zostanie wystrzelona na stabilną hibernującą orbitę i aktywowana, gdy kometa lub asteroida wejdzie na orbitę Ziemi.
Lepsze zrozumienie tymczasowych satelitów Ziemi, potencjalnie niebezpiecznych obiektów i planetoid bliskiego Ziemi to tylko jedna z wielu korzyści, które powinny przynieść teleskopy nowej generacji, takie jak LSST. Instrumenty te pozwolą nam nie tylko widzieć dalej i z większą jasnością (poszerzając w ten sposób naszą wiedzę o naszym Układzie Słonecznym i kosmosie), ale mogą również pomóc nam w zapewnieniu naszego długoterminowego przetrwania jako gatunku.
