Het is een bekende astronomische conventie dat de aarde maar één natuurlijke satelliet heeft, die (enigszins oncreatief) bekend staat als "de maan". Astronomen weten echter al iets meer dan een decennium dat de aarde ook een populatie heeft van zogenaamde "voorbijgaande manen". Dit zijn een subset van Near-Earth Objects (NEO's) die tijdelijk worden opgeschept door de zwaartekracht van de aarde en banen rond onze planeet aannemen.
Volgens een nieuwe studie van een team van Finish en Amerikaanse astronomen zouden deze tijdelijk gevangen orbiters (TCO's) kunnen worden bestudeerd met de Large Synoptic Survey Telescope (LSST) in Chili, die naar verwachting in 2020 operationeel zal zijn. Door deze objecten te onderzoeken Met de telescoop van de volgende generatie stellen de auteurs van de studie dat we veel gaan leren over NEO's en zelfs missies gaan uitvoeren.
De studie, die onlangs in het tijdschrift verscheen Icarus, werd geleid door Grigori Fedorets - een doctoraatsstudent van de afdeling natuurkunde van de Universiteit van Helsinki. Hij werd vergezeld door natuurkundigen van de Luleå University of Technology, het Data Intensive Research van de University of Washington in Astrophysics and Cosmology (DIRAC) Institute en de University of Hawaii.
Het concept van TCO's werd voor het eerst gepostuleerd in 2006 na de ontdekking en karakterisering van RH120, een object met een diameter van 2 tot 3 meter (6,5 tot 10 ft) dat normaal om de zon draait. Elke twintig of zo jaar nadert het het aard-maansysteem van dichtbij en wordt het tijdelijk gevangen door de zwaartekracht van de aarde.
Latere waarnemingen van NEO's - zoals asteroïde 1991 VG en meteoor EN130114 - voegden nog meer gewicht toe aan deze theorie en stelden astronomen in staat beperkingen op te leggen aan TCO-populaties. Dit leidde tot de conclusie dat tijdelijk gevangen satellieten in twee populaties voorkomen. Aan de ene kant zijn er TCO's, die het equivalent zijn van ten minste één revolutie rond de aarde terwijl ze worden gevangen.
Ten tweede zijn er tijdelijk gevangen flybys (TCF's), die tijdens het vastleggen het equivalent zijn van minder dan één revolutie. Volgens Fedorets en zijn collega's zijn deze objecten een aantrekkelijk doelwit voor onderzoek en ontmoeting met ruimtevaartuigen - hetzij in de vorm van CubeSat-missies of grotere ruimtevaartuigen die monster-retourmissies zouden kunnen uitvoeren.
Om te beginnen zou de studie van deze objecten astronomen in staat stellen de grootte en frequentie van NEO's te beperken die variëren in grootte van 1/10 meter tot 10 meter in diameter, die niet goed worden begrepen. Doorgaans zijn deze objecten te klein en te zwak om door de meeste telescopen en technieken effectief te worden waargenomen.
Het monitoren en bestuderen van deze speciale klasse van NEO's is waar de LSST in het spel komt. Vanwege zijn hoge resolutie en gevoeligheid wordt de LSST naar verwachting een van de belangrijkste faciliteiten voor de ontdekking van NEO's en potentieel gevaarlijke objecten die anders erg moeilijk te detecteren zijn. Zoals Fedorets via e-mail aan Space Magazine vertelde:
“[E] voor LSST zal de overgrote meerderheid van de voorbijgaande manen te zwak zijn om te ontdekken. Het zal echter het enige onderzoek zijn dat regelmatig voorbijgaande manen kan ontdekken ... De kenmerken van LSST die bijzonder geschikt zijn voor TCO-detectie omvatten: een groot gezichtsveld; beperkende magnitude V = 24,7, waardoor detectie van zwakke objecten mogelijk is; operationele modus met back-to-back observaties en snelle follow-up van hetzelfde veld in eerste instantie op dezelfde nacht, wat helpt bij het identificeren van snel bewegende getrokken objecten. ”
Zodra de LSST-telescoop eenmaal in gebruik is, zal hij een 10-jarige enquête houden waarin enkele van de meest prangende vragen over de structuur en evolutie van het heelal zullen worden beantwoord. Deze omvatten de mysteries van donkere materie en donkere energie en de vorming en structuur van de Melkweg. Het zal ook observatietijd aan het zonnestelsel besteden in de hoop meer te leren over kleine planeetpopulaties en NEO's.
Om te bepalen hoeveel TCO's de LSST zal detecteren, heeft het team een reeks simulaties uitgevoerd. Hun werk bouwt voort op een eerdere studie die in 2014 werd uitgevoerd door Dr. Bryce Bolin van Caltech en collega's, waar ze de huidige en de volgende generatie astronomische faciliteiten beoordeelden. Het was deze studie die aangaf hoe de LSST uitermate effectief zou zijn bij het detecteren van voorbijgaande manen.
Voor hun studie hebben Fedorets het werk van Bolin heroverwogen en hun eigen analyse uitgevoerd. Zoals hij het beschreef:
“[A] synthetische populatie van voorbijgaande manen werd door de LSST-aanwijs-simulatie geleid. Uit de eerste analyse bleek dat het Moving Object Processing System van LSST in vier jaar tijd slechts drie objecten kon herkennen (cadans van drie detecties over een periode van 15 dagen). Dit leek een klein aantal, dus voerden we aanvullende analyses uit. We selecteerden alle waarnemingen met ten minste twee waarnemingen en voerden orbitale bepaling en orbitale koppeling uit met alternatieve methoden voor MOPS. Deze speciale behandeling verhoogde het aantal waarneembare kandidaten voor voorbijgaande maan met een orde van grootte. ”
Uiteindelijk concludeerden Fedorets en zijn team dat het gebruik van de LSST en moderne automatische asteroïde identificatiesoftware - aka. een bewegend objectverwerkingssysteem (MOPS) - een TCO zou eens per jaar ontdekt kunnen worden. Dat percentage kan worden verhoogd tot één TCO om de twee maanden als er aanvullende softwaretools worden ontwikkeld die specifiek zijn bedoeld voor het identificeren van TCO's die een baseline MOPS zouden kunnen aanvullen.
Uiteindelijk zal de studie van TCO's om een aantal redenen gunstig zijn voor astronomen. Om te beginnen bestaat er een kloof tussen de studie van grotere asteroïden en kleinere bolides - kleine meteoren die regelmatig in de atmosfeer van de aarde verbranden. Degenen die ertussenin vallen, die doorgaans tussen 1 en 40 meter (~ 3 tot 130 ft) in diameter meten, zijn momenteel niet goed beperkt.
"Voorbijgaande manen zijn een goede populatie om dat groottebereik in te perken, aangezien ze bij die groottebereiken regelmatig zouden moeten verschijnen en gedetecteerd moeten worden met LSST", zegt Fedorets. “Bovendien zijn TCO's uitstekende doelen voor [in-situ] missies. Ze zijn 'gratis' afgeleverd in de buurt van de aarde. Daarom is er relatief weinig brandstof nodig om ze te bereiken. Potentiële missies kunnen worden ontworpen als in situ flyby-missies (bijvoorbeeld van de CubeSat-klasse), of als eerste stappen in het gebruik van asteroïde bronnen. ”
Een ander voordeel van de studie van deze objecten is hoe ze astronomen zullen helpen een beter begrip te krijgen van potentieel gevaarlijke objecten (PHO's). Deze term wordt gebruikt om asteroïden te beschrijven die periodiek de baan van de aarde doorkruisen en een botsingsrisico vormen. Hoewel ze vergelijkbare waarnemingskenmerken hebben als TCO's, kunnen ze alleen worden onderscheiden op basis van hun banen.
Natuurlijk benadrukten Fedorets dat terwijl TCO's maanden in geocentrische banen doorbrengen, een mogelijke missie om een van hen te bestuderen een snelle respons zou moeten zijn. Gelukkig ontwikkelt de ESA een dergelijke missie in de vorm van hun "Comet Interceptor", die zal worden gelanceerd in een stabiele winterslaapbaan en wordt geactiveerd zodra een komeet of asteroïde de baan van de aarde binnenkomt.
Een beter begrip van de tijdelijke satellieten van de aarde, potentieel gevaarlijke objecten en asteroïden in de buurt van de aarde is slechts een van de vele voordelen die naar verwachting zullen komen van de volgende generatie telescopen zoals de LSST. Deze instrumenten zullen ons niet alleen in staat stellen om verder te kijken en met meer duidelijkheid (en dus onze kennis van ons zonnestelsel en de kosmos uit te breiden), ze kunnen ons ook helpen om onze overleving op lange termijn als soort te verzekeren.
