Gaia revolutionerer sporing af asteroider

ESA's Gaia-rumobservatorium er en ambitiøs mission til at konstruere et tredimensionelt kort over vores galakse ved at foretage højpræcisionsmålinger af over en milliard stjerner. Imidlertid, på sin rejse for at kortlægge fjerne sole, Gaia revolutionerer et felt meget tættere på hjemmet. Ved nøjagtigt at kortlægge stjernerne, det hjælper forskere med at opspore tabte asteroider.

Brug af stjerner til at spotte asteroider

Gaia kortlægger galaksen ved gentagne gange at scanne hele himlen. I løbet af sin planlagte mission, den observerede hver af sine mere end én milliard målstjerner omkring 70 gange for at studere, hvordan deres position og lysstyrke ændrer sig over tid.

Stjernerne er så langt fra Jorden, at deres bevægelser mellem billeder er meget små, derfor er Gaia nødt til at måle deres positioner så præcist for overhovedet at kunne mærke en forskel. Imidlertid, nogle gange opdager Gaia svage lyskilder, der bevæger sig betydeligt fra et billede af et bestemt område på himlen til det næste, eller endda kun ses på et enkelt billede, før de forsvinder.

At bevæge sig over Gaias synsfelt så hurtigt, disse objekter skal være placeret meget tættere på Jorden.

Ved at kontrollere positionerne af disse objekter i forhold til katalogerne over kendte solsystemlegemer, mange af disse objekter viser sig at være kendte asteroider. Nogle, imidlertid, identificeres som potentielt nye påvisninger og følges derefter op af astronomisamfundet gennem Gaia Follow-Up Network for Solar System Objects. Gennem denne proces, Gaia har med succes opdaget nye asteroider.

Tabt og fundet

Disse direkte asteroideobservationer er vigtige for solsystemforskere. Imidlertid, Gaias meget nøjagtige målinger af stjerners positioner giver en endnu mere virkningsfuld, men indirekte, fordel for sporing af asteroider.

"Når vi observerer en asteroide, vi ser på dens bevægelse i forhold til baggrundsstjernerne for at bestemme dens bane og forudsige, hvor den vil være i fremtiden, " siger Marco Micheli fra ESA's Near-Earth Object Coordination Centre. "Dette betyder, at jo mere præcist vi kender stjernernes positioner, jo mere pålideligt kan vi bestemme kredsløbet for en asteroide, der passerer foran dem."

I samarbejde med European Southern Observatory (ESO), Marcos team deltog i en observationskampagne målrettet 2012 TC4, en lille asteroide, der skulle passere Jorden. Desværre, siden asteroiden første gang blev opdaget i 2012, den var blevet svagere og svagere, efterhånden som den trak sig tilbage fra Jorden, til sidst bliver uobserverbare. Hvor det ville dukke op på himlen på tidspunktet for den kommende kampagne var ikke velkendt.

"Det mulige område på himlen, hvor asteroiden kunne dukke op, var større end det område, som teleskopet kunne observere på én gang, " siger Marco. "Så vi var nødt til at finde en måde at forbedre vores forudsigelse af, hvor asteroiden ville være."

"Jeg så tilbage på de første observationer fra 2012. Gaia havde siden lavet mere nøjagtige målinger af positionerne af nogle af stjernerne i baggrunden af ​​billederne, og jeg brugte disse til at opdatere vores forståelse af asteroidens bane og forudsige, hvor den ville dukke op."

"Vi pegede teleskopet mod det forudsagte område af himlen ved hjælp af data fra Gaia, og vi fandt asteroiden ved vores første forsøg."

"Vores næste mål var nøjagtigt at måle asteroidens position, men vi havde meget få stjerner i vores nye billede at bruge som reference. Der var 17 stjerner opført i et ældre katalog og kun fire stjerner målt af Gaia. Jeg lavede beregninger ved at bruge begge datasæt."

"Senere på året da asteroiden var blevet observeret flere gange af andre hold, og dens bane var bedre kendt, det blev klart, at de målinger, jeg foretog med kun fire Gaia-stjerner, havde været meget mere nøjagtige end dem, der brugte de 17 stjerner. Det her var virkelig fantastisk."

Holder jorden sikker

Den samme teknik anvendes på asteroider, der aldrig gik tabt, giver forskere mulighed for at bruge data fra Gaia til at bestemme deres baner og fysiske egenskaber mere præcist end nogensinde før.

Dette hjælper dem med at opdatere asteroidepopulationsmodeller og uddybe vores forståelse af, hvordan asteroidebaner udvikler sig, for eksempel, ved at måle subtile dynamiske effekter, der spiller en nøglerolle i at skubbe små asteroider ind i baner, der kunne se dem kollidere med Jorden.

Dans med dagslys

For at foretage sådanne nøjagtige målinger af andre stjerners positioner, Gaia har et kompliceret forhold til vores eget.

Gaia kredser om det andet Lagrange-punkt, L2, af Sol-Jord-systemet. Denne placering holder solen, Jorden og månen bag Gaia, giver den mulighed for at observere en stor del af himlen uden deres indblanding. Det er også i et jævnt termisk strålingsmiljø og oplever en stabil temperatur.

Imidlertid, Gaia må ikke falde helt ind i jordens skygge, da rumfartøjet stadig afhænger af solenergi. Da kredsløbet omkring L2-punktet er ustabilt, små forstyrrelser kan bygge sig op og se rumfartøjet på vej mod en formørkelse.

Gaias flyvekontrolteam ved ESA's ESOC-missionskontrolcenter i Darmstadt er ansvarlige for at foretage rettelser til rumfartøjets bane for at holde det i den korrekte bane og ude af Jordens skygge. De sikrer, at Gaia forbliver et af de mest stabile og præcise rumfartøjer nogensinde. Den 16. juli 2019, holdet udførte med succes en afgørende manøvre til at undgå formørkelse, flytte Gaia ind i den udvidede fase af sin mission og lade den blive ved med at scanne himlen i flere år endnu.