Det är en välkänd astronomisk konvention att jorden bara har en naturlig satellit, som är känd (något okreativt) som "månen". Astronomer har emellertid visat i drygt ett decennium att jorden också har en befolkning av vad som kallas ”övergående månar”. Det här är en delmängd av närajordiska objekt (NEO) som tillfälligt samlas upp av jordens tyngdkraft och antar banor runt vår planet.
Enligt en ny studie av ett team av Finish och amerikanska astronomer, kunde dessa tillfälligt fångade orbitrar (TCOs) studeras med Large Synoptic Survey Telescope (LSST) i Chile - som förväntas bli operationella år 2020. Genom att undersöka dessa objekt med nästa generations teleskop hävdar studiens författare att vi kommer att lära oss mycket om NEO och till och med börja utföra uppdrag till dem.
Studien, som nyligen dök upp i tidskriften Icarus, leddes av Grigori Fedorets - en doktorand från Helsingfors universitets fysikavdelning. Han förenades av fysiker från Luleå tekniska universitet, University of Washingtons Data Intensive Research in Astrophysics and Cosmology (DIRAC) Institute och University of Hawaii.
Begreppet TCO: er postuleras 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 kring solen. Var 20: a år gör den nära tillvägagångssättet till Earth-Moon-systemet och fångas tillfälligt av jordens tyngdkraft.
Efterföljande observationer av NEO: er som asteroiden 1991 VG och meteoren EN130114 - tillförde denna teori ytterligare vikt och gjorde det möjligt för astronomer att sätta begränsningar för TCO-populationer. Detta ledde till slutsatsen att tillfälligt fångade satelliter kommer i två populationer. Å ena sidan finns det TCO, som motsvarar minst en revolution runt jorden när de fångas.
För det andra finns det tillfälligt fångade flybys (TCF), som motsvarar mindre än en revolution när de fångas. Enligt Fedorets och hans kollegor är dessa objekt ett tilltalande mål för forskning och rendezvous med rymdskepp - antingen i form av CubeSat-uppdrag eller större rymdskepp som kan utföra prov-återuppdrag.
Till att börja med skulle studien av dessa objekt tillåta astronomer att begränsa storleken och frekvensen för NEO: er som sträcker sig i storlek från 1/10 av en meter till 10 meter i diameter, vilket inte är väl förstått. Vanligtvis är dessa föremål för små och för svaga för att de flesta teleskop och tekniker ska kunna observeras effektivt.
Övervaka och studera denna speciella klass av NEO: er där LSST spelar in. På grund av sin höga upplösning och känslighet förväntas LSST bli en av de främsta anläggningarna för upptäckten av NEO och potentiellt farliga föremål som annars är mycket svåra att upptäcka. Som Fedorets berättade för Space Magazine via e-post:
”[E] ven för LSST, de allra flesta av de övergående månarna kommer att vara för svaga för att upptäcka. Men det kommer att vara den enda undersökningen som kan upptäcka några övergående månar regelbundet ... Funktionerna hos LSST som är särskilt lämpliga för TCO-upptäckt inkluderar: ett stort synfält; begränsande storlek V = 24,7, vilket möjliggör detektering av svaga föremål; operativt läge med rygg-till-rygg-observationer och snabb uppföljning av samma fält inledningsvis samma natt, vilket hjälper till att identifiera snabbt rörliga föremål. "
När det väl är igång kommer LSST-teleskopet att göra en tioårig undersökning som kommer att ta itu med några av de mest pressande frågorna om universums struktur och utveckling. Dessa inkluderar mysterier av mörk materia och mörk energi och bildningen och strukturen av Vintergatan. Det kommer också att avsätta observationstiden till solsystemet i hopp om att lära sig mer om mindre planetpopulationer och NEO.
För att bestämma hur många TCO: er som LSST kommer att upptäcka, körde teamet en serie simuleringar. Deras arbete bygger på en tidigare studie som genomfördes 2014 av Dr. Bryce Bolin från Caltech och kollegor, där de bedömde den nuvarande och nästa generations astronomiska anläggningar. Det var denna studie som indikerade hur LSST skulle vara extremt effektiva för att upptäcka övergående månar.
För sin studie övervägde Fedorets Bolins arbete och genomförde sin egen analys. Som han beskrev det:
”[A] syntetisk population av övergående månar sprang genom LSST-pekande simulering. Den första analysen visade att Moving Object Processing System av LSST bara kunde känna igen tre objekt på fyra år (kadens av tre detektioner 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 banbortbestämning och omloppsbinding med metoder alternativ till MOPS. Denna specialbehandling ökade antalet observerbara övergående månkandidater med en storleksordning. "
Till slut kom Fedorets och hans team fram till att använda LSST och modern automatisk asteroididentifieringsprogramvara - aka. ett bearbetningssystem för rörligt objekt (MOPS) - en TCO kunde upptäckas en gång varje år. Denna hastighet skulle kunna höjas till en TCO varannan månad om ytterligare mjukvaruverktyg utvecklas specifikt för att identifiera TCO: er som kan komplettera en baslinje MOPS.
I slutändan kommer studiet av TCO att vara fördelaktigt för astronomer av ett antal skäl. Till att börja med finns det ett gap mellan studien av större asteroider och mindre bolider - små meteorer som regelbundet brinner upp i jordens atmosfär. De som faller däremellan, som vanligtvis mäter mellan 1 och 40 meter (~ 3 till 130 ft) i diameter, är för närvarande inte väl begränsade.
"Övergående månar är en bra befolkning för att begränsa det storleksintervallet, eftersom de i de storleksintervallerna ska visas regelbundet och upptäckas med LSST," säger Fedorets. ”Dessutom är TCO: s utestående 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 flybyuppdrag på plats (t.ex. i CubeSat-klassen) eller som första steg i utnyttjandet av asteroidresurserna. ”
En annan fördel med studien av dessa objekt är hur de kommer att hjälpa astronomer att få en bättre förståelse av potentiellt farliga objekt (PHO). Detta begrepp används för att beskriva asteroider som regelbundet korsar jordens bana och utgör en risk för kollision. Medan de har liknande observationsegenskaper som TCO, kan de urskiljas baserat på deras banor ensam.
Naturligtvis betonade Fedorets att även om TCO: s tillbringar månader i geocentriska banor, måste ett möjligt uppdrag att studera en av dem vara snabba svar. Lyckligtvis utvecklar ESA ett sådant uppdrag i form av deras "Comet Interceptor", som kommer att lanseras till en stabil viloläge och aktiveras när en komet eller asteroid kommer in i jordens bana.
En större förståelse för jordens tillfälliga satelliter, potentiellt farliga föremål och Asteroids Near Earth är bara en av många fördelar som förväntas komma från nästa generations teleskoper som LSST. Dessa instrument tillåter oss inte bara att se längre och med större tydlighet (och därmed utöka vår kunskap om vårt solsystem och kosmos), de kan också hjälpa oss att säkerställa vår långsiktiga överlevnad som art.
