Planetforsvar:Bennu-eksperimentet

Den 3. dec. efter at have rejst milliarder af kilometer fra Jorden, NASAs OSIRIS-REx rumfartøj nåede sit mål, Bennu, og startede et næsten to år, tæt undersøgelse af asteroiden. Det vil inspicere næsten hver kvadratcentimeter af denne gamle klump af murbrokker, der er tilbage fra dannelsen af ​​vores solsystem. Ultimativt, rumfartøjet vil samle en prøve af småsten og støv fra Bennus overflade og levere det til Jorden i 2023.

Generationer af planetforskere vil komme til at studere stykker af de primitive materialer, der dannede vores kosmiske kvarter, og for bedre at forstå den rolle, asteroider kan have spillet i at levere livsdannende forbindelser til planeter og måner.

Men det er ikke kun historie, som missionen til Bennu vil hjælpe med at afdække. Forskere, der studerer klippen gennem OSIRIS-REx's instrumenter i rummet, vil også forme vores fremtid. Da de indsamler de mest detaljerede oplysninger endnu om de kræfter, der flytter asteroider, eksperter fra NASA's Planetary Defense Coordination Office, som er ansvarlige for at opdage potentielt farlige asteroider, vil forbedre deres forudsigelser om, hvilke der kunne være på et crash-kursus med vores planet.

Her er, hvordan OSIRIS-REx-missionen vil understøtte dette arbejde:

Hvordan videnskabsmænd forudsiger Bennus opholdssted

Omtrent en tredjedel af en mil, eller en halv kilometer, bred, Bennu er stor nok til at nå Jordens overflade; mange mindre rumobjekter, i modsætning, brænde op i vores atmosfære. Hvis det ramte Jorden, Bennu ville forårsage omfattende skader. Asteroideeksperter ved Center for Near-Earth Object Studies (CNEOS) ved NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, projekt, at Bennu vil komme tæt nok på Jorden i løbet af det næste århundrede til at udgøre en 1 ud af 2, 700 chance for at påvirke det mellem 2175 og 2196. Sagt på en anden måde, disse odds betyder, at der er en 99,963 procents chance for, at asteroiden savner Jorden. Ikke desto mindre, astronomer vil til enhver tid gerne vide præcis, hvor Bennu befinder sig.

Astronomer har estimeret Bennus fremtidige bane efter at have observeret den flere gange, siden den blev opdaget i 1999. De har vendt deres optiske, infrarøde og radioteleskoper mod asteroiden hver gang den kom tæt nok på Jorden, cirka hvert sjette år, at udlede træk som dens form, rotationshastighed og bane.

"Vi ved inden for få kilometer, hvor Bennu er lige nu, " sagde Steven Chesley, seniorforsker ved CNEOS og et OSIRIS-REx-teammedlem, hvis job det er at forudsige Bennus fremtidige bane.

Hvorfor Bennus fremtidige baneforudsigelser bliver uklare

Forskere har estimeret Bennus bane omkring Solen langt ud i fremtiden. Deres forudsigelser er baseret på jordobservationer og matematiske beregninger, der tegner sig for tyngdekraften af ​​Bennu af Solen, månen, planeter og andre asteroider, plus ikke-gravitationelle faktorer.

På baggrund af disse parametre, astronomer kan forudsige de næste fire nøjagtige datoer (i september 2054, 2060, 2080 og 2135), at Bennu vil komme inden for 5 millioner miles (7,5 millioner kilometer eller 0,05 astronomiske enheder) fra Jorden. Det er tæt nok på, at Jordens tyngdekraft vil bøje Bennus bane en smule, når den passerer forbi. Som resultat, usikkerheden om, hvor asteroiden vil være, hver gang den går tilbage omkring Solen, vil vokse, hvilket får forudsigelser om Bennus fremtidige bane til at blive mere og mere uklare efter 2060.

I 2060, Bennu vil passere Jorden på cirka dobbelt så lang afstand herfra til Månen. Men det kunne passere på et hvilket som helst tidspunkt i et 19-mile (30-kilometer) vindue af rummet. En meget lille forskel i position inden for det vindue vil blive forstørret enormt i fremtidige baner og gøre det stadig sværere at forudsige Bennus bane.

Som resultat, når denne asteroide kommer tilbage nær Jorden i 2080, ifølge Chesleys beregninger, det bedste vindue, vi kan få på, hvor det er, er næsten 9, 000 miles (14, 000 kilometer) bred. Inden 2135, når Bennus forskudte bane forventes at bringe den tættere på end Månen, dens forbiflyvningsvindue bliver bredere, til næsten 100, 000 miles (160, 000 kilometer). Dette vil være Bennus nærmeste tilgang til Jorden gennem de fem århundreder, som vi har pålidelige beregninger for.

"Lige nu, Bennu har den bedste bane af enhver asteroide i vores database, " sagde Chesley. "Og alligevel, efter det møde i 2135, vi kan virkelig ikke sige præcis, hvor det er på vej hen."

Der er et andet fænomen, der skubber Bennus kredsløb og mudrer fremtidige nedslagsprojektioner. Det kaldes Yarkovsky-effekten. Har intet med tyngdekraften at gøre, Yarkovsky-effekten svajer Bennus bane på grund af varme fra Solen.

"Der er en masse faktorer, der kan påvirke forudsigeligheden af ​​Bennus bane i fremtiden, men de fleste af dem er relativt små, " siger William Bottke, en asteroideekspert ved Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, og en deltagende videnskabsmand på OSIRIS-REx-missionen. "Den, der er størst, er Yarkvovsky."

Denne varmenudge blev opkaldt efter den polske civilingeniør, der først beskrev den i 1901:Ivan Osipovich Yarkovsky. Han foreslog, at sollys varmer den ene side af en lille, mørk asteroide og nogle timer senere udstråler den varme væk, da asteroiden roterer sin varme side ind i koldt mørke. Dette støder stenbunken lidt, enten mod solen eller væk fra den, afhængig af rotationsretningen.

I Bennus tilfælde, astronomer har beregnet, at Yarkovsky-effekten har flyttet sin bane omkring 0,18 miles (284 meter) om året mod Solen siden 1999. Faktisk, det hjalp med at levere Bennu til vores del af solsystemet, i første omgang, fra asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter gennem milliarder af år. Nu, Yarkovsky komplicerer vores bestræbelser på at komme med forudsigelser om Bennus vej i forhold til Jorden.

At komme ansigt til ansigt med asteroiden vil hjælpe

OSIRIS-REx-rumfartøjet vil bruge sin suite af instrumenter til at transmittere radiosporingssignaler og fange optiske billeder af Bennu, der vil hjælpe NASA-forskere med at bestemme dens præcise position i solsystemet og dens nøjagtige bane. kombineret med eksisterende, jordbaserede observationer, rummålingerne vil hjælpe med at afklare, hvordan Bennus kredsløb ændrer sig over tid.

Derudover astronomer vil komme til at teste deres forståelse af Yarkovksy-effekten på en asteroide fra det virkelige liv for første gang. De vil instruere rumfartøjet til at følge Bennu i dets kredsløb om Solen i omkring to år for at se, om det bevæger sig langs en forventet sti baseret på tyngdekraften og Yarkovsky-teorier. Enhver forskel mellem forudsigelserne og virkeligheden kunne bruges til at forfine modeller af Yarkovsky-effekten.

Men endnu vigtigere for at forstå Yarkovsky bedre vil de termiske målinger af Bennu være. Under sin mission, OSIRIS-REx vil spore, hvor meget solvarme der udstråler fra asteroiden, og hvor på overfladen det kommer fra-data, der vil hjælpe med at bekræfte og forfine beregninger af Yarkovsky-effekten på asteroider.

Rumfartøjet vil også behandle nogle åbne spørgsmål om Yarkovsky-teorien. En af dem, sagde Chesley, er hvordan kampesten og kratere på overfladen af ​​en asteroide ændrer den måde, fotoner spredes ud af den, når den afkøles, bortføre momentum fra den varmere side og derved skubbe asteroiden i den modsatte retning? OSIRIS-REx vil hjælpe videnskabsmænd med at forstå ved at kortlægge klippen på Bennus overflade.

"Vi ved, at overfladeruhed vil påvirke Yarkovsky-effekten; vi har modeller," sagde Chesley. "Men modellerne er spekulative. Ingen har været i stand til at teste dem."

Efter OSIRIS-REx-missionen, Chesley sagde, NASAs banefremskrivninger for Bennu vil være omkring 60 gange bedre, end de er nu.