Robi się cieplej: Wykrywanie asteroid w pobliżu Ziemi za pomocą sygnatury cieplnej

Naukowcy z NASA odkryli nową technikę wykrywania planetoid bliskiego Ziemi za pomocą emisji podczerwieni na kwietniowym spotkaniu APS w 2019 r.

15 lutego 2013 r. Obiekt rozpadł się na niebie nad rosyjskim miastem Czelabińsk. Wybuch - wykryty tak daleko jak Antartica - był silniejszy niż eksplozja nuklearna, 25 do 30 razy silniejszy. Rozbił szyby i zranił około 1200 osób. W rzeczywistości podmuch był tak intensywnie jasny, że mógł na chwilę przyćmić Słońce.

Czelabińska kula ognia zarejestrowana przez kamerę samochodową z Kamenska-Uralskiego na północ od Czelabińska, gdzie jeszcze świtał. (Planetary Society Institute)

Główny problem związany z wydarzeniem w Czelabińsku polega na tym, że zaangażowany meteor - który oderwał się od większej asteroidy - względnie mały - o średnicy 17–20 m. Istnieje wiele, znacznie większych obiektów. Wiedząc dokładnie, co byłoby wielką zaletą.

Odpowiedzialność za zlokalizowanie takich obiektów w pobliżu Ziemi - bliskie obiektom ziemskim (NEO) oraz pytanie, jak zapobiegać zderzeniu, jest badana przez Amy Mainzer i jej współpracowników podczas misji polowania na asteroidy NASA w Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii. Wymyślili prosty, ale genialny sposób na dostrzeżenie NEO, gdy pędzą w kierunku planety.

Jest to zbiór zdjęć ze statku kosmicznego WISE asteroidy 2305 King, nazwanego na cześć Martina Luthera Kinga Jr. Asteroida pojawia się jako ciąg pomarańczowych kropek, ponieważ jest to zestaw ekspozycji, które zostały dodane, aby pokazać jego ruch po niebie. Te obrazy w podczerwieni zostały oznaczone kolorami, abyśmy mogli je dostrzec ludzkim okiem: 3,4 mikrona jest przedstawione jako niebieskie; 4,6 mikrona jest zielone, 12 mikronów jest żółte, a 22 mikrony jest pokazane na czerwono. Na podstawie danych WISE możemy obliczyć, że asteroida ma średnicę około 12,7 kilometrów, z 22% współczynnikiem odbicia, co wskazuje na prawdopodobny skład kamienisty (NASA)

Mainzer, która jest głównym badaczem misji, nakreśliła pracę Biura Koordynacji Obrony Planetarnej NASA na kwietniowym spotkaniu American Physical Society w Denver - w tym metodę rozpoznawania NEO jej zespołu oraz sposób, w jaki pomoże ona w zapobieganiu przyszłym wpływom Ziemi.

Mainzer mówi: „Jeśli znajdziemy obiekt zaledwie kilka dni od uderzenia, znacznie ogranicza to nasze wybory, dlatego w naszych poszukiwaniach skupiliśmy się na znalezieniu nowych osób, gdy znajdują się one dalej od Ziemi, zapewniając maksymalny czas i otwarcie szerszy zakres możliwości łagodzenia skutków. ”

Robisz się cieplej!

Lokalizacja NEO nie jest łatwym zadaniem. Mainzer opisuje to jako próbę dostrzeżenia bryły węgla na nocnym niebie.

Wyjaśnia: „Nowi ludzie są wewnętrznie słabi, ponieważ w większości są bardzo mali i daleko od nas w kosmosie.

„Dodaj do tego fakt, że niektóre z nich są tak ciemne jak toner do drukarki, a próba wykrycia ich na tle czerni przestrzeni jest bardzo trudna”.

Jest to obraz proponowanej misji Nowi-kamera obiektowa (NEOCam), której celem jest wyszukiwanie, śledzenie i charakteryzowanie zbliżających się do Ziemi planetoid i komet. Za pomocą termicznej kamery na podczerwień misja mierzyłaby sygnatury cieplne NEO bez względu na to, czy są jasne, czy ciemne. Obudowa teleskopu jest pomalowana na czarno, aby skutecznie promieniować własne ciepło w kosmos, a jego osłona przeciwsłoneczna pozwala obserwować blisko Słońca, gdzie NEO na najbardziej podobnych do Ziemi orbitach spędzają dużo czasu. W tle znajduje się zbiór zdjęć głównych planetoid pasowych zebranych przez prototypową misję NEOWISE; asteroidy pojawiają się jako czerwone kropki na tle gwiazd i galaktyk. (NASA)

Zamiast używać światła widzialnego do wykrywania nadchodzących obiektów, Mainzer i jej zespół z JPL / Caltech pracowali zamiast z charakterystyczną cechą NEO - ich temperaturą.

Asteroidy i komety są ogrzewane przez słońce i dlatego świecą jasno przy długościach fal termicznych - podczerwieni. Oznacza to, że łatwiej je dostrzec za pomocą teleskopu szerokopasmowego w podczerwieni Explorer Object Survey Explorer (NEOWISE).

Mainzer wyjaśnia: „Dzięki misji NEOWISE możemy wykrywać obiekty niezależnie od ich koloru powierzchni i używać ich do mierzenia ich rozmiarów i innych właściwości powierzchni.”

Odkrycie właściwości powierzchni NEO zapewnia Mainzer i jej współpracownikom wgląd w to, jak duże są przedmioty i z czego są wykonane, zarówno krytyczne szczegóły w tworzeniu strategii obronnej przed zagrażającym Ziemi NEO.

Na przykład jedna ze strategii obronnych polega na fizycznym „odepchnięciu” NEO od trajektorii zderzenia z Ziemią. Chodzi o to, aby obliczyć energię potrzebną do tego szturchnięcia, szczegóły masy NEO, a zatem rozmiar i skład, są kluczowe.

Teleskop kosmiczny NEOWISE zauważył kometę C / 2013 US10 Catalina pędzącą przez Ziemię 28 sierpnia 2015 r. Ta kometa wyskoczyła z Obłoku Oorta, powłoki zimnego, zamarzniętego materiału, który otacza Słońce w najbardziej odległej części Układu Słonecznego poza orbitą Neptuna. NEOWISE uchwycił kometę, która zgasła w wyniku działania ciepła słonecznego. 15 listopada 2015 r. Kometa zbliżyła się do Słońca, zanurzając się na orbicie Ziemi; możliwe, że po raz pierwszy ta starożytna kometa była tak blisko Słońca. NEOWISE obserwował kometę w dwóch czułych na ciepło długościach podczerwieni, 3,4 i 4,6 mikrona, które są oznaczone kolorami jako cyjan i czerwony na tym obrazie. NEOWISE wykrył tę kometę wiele razy w 2014 i 2015 r .; pięć ekspozycji jest tutaj pokazanych na połączonym obrazie przedstawiającym ruch komety po niebie. Obfite ilości gazu i pyłu wyrzucane przez kometę wydają się czerwone na tym zdjęciu, ponieważ są bardzo zimne, znacznie zimniejsze niż gwiazdy tła. (NASA)

Zbadanie składu planetoid pomoże astronomom zrozumieć, w jaki sposób powstały układ słoneczny.

Mainzer mówi: „Te obiekty są z natury interesujące, ponieważ uważa się, że są tak stare jak oryginalny materiał, z którego składa się układ słoneczny.

„Jedną z rzeczy, które odkryliśmy, jest to, że NEO są dość zróżnicowani pod względem składu”.

Firma Mainzer chce teraz wykorzystać postępy w technologii kamer, aby pomóc w poszukiwaniu nowych osób. Mówi: „Proponujemy NASA nowy teleskop, Near-Earth Object Camera (NEOCam), który wykona znacznie bardziej kompleksową pracę w zakresie mapowania lokalizacji asteroid i pomiaru ich rozmiarów”.

Oczywiście NASA nie jest jedyną agencją kosmiczną próbującą zrozumieć NEO - misja Hayabusa 2 japońskiej agencji badań kosmicznych (JAXA) ma na celu pobranie próbek z asteroidy. W swojej prezentacji Mainzer wyjaśnia, w jaki sposób NASA współpracuje z globalną społecznością kosmiczną w międzynarodowych wysiłkach na rzecz obrony planety przed wpływem NEO.