Hvordan historisk Jupiter-kometnedslag førte til planetarisk forsvar

For 25 år siden, menneskeheden var først vidne til en kollision mellem en komet og en planet. Fra 16. til 22. juli 1994, enorme stykker af kometen Shoemaker-Levy 9 (SL9), opdaget et år tidligere, styrtede ned i Jupiter over flere dage, skaber store, mørke ar i planetens atmosfære og overophedede faner i dens stratosfære.

SL9-påvirkningen gav videnskabsmænd mulighed for at studere et nyt himmelfænomen. Det var også et wake-up call, at der stadig forekommer store kollisioner i solsystemet - trods alt, hvis Jupiter var sårbar, måske er jorden, også. Havde kometen ramt Jorden i stedet, det kunne have skabt en global atmosfærisk katastrofe, meget ligesom nedslagsbegivenheden, der udslettede dinosaurerne for 65 millioner år siden.

"Skomager-Levy 9 var en slags slag i maven, sagde Heidi Hammel, som ledede observationer af kometen med synligt lys med NASAs Hubble-rumteleskop og er nu administrerende vicepræsident ved Association of Universities for Research in Astronomy AURA (som administrerer astronomernes grænseflade til Hubble). "Det har virkelig styrket vores forståelse af, hvor vigtigt det er at overvåge vores lokale nabolag, og for at forstå, hvad potentialet er for påvirkninger på Jorden i fremtiden."

kometer, kosmiske snebolde af frosne gasser, sten og støv, der kredser om Solen, er blot én type objekter, der kan skabe kaos på planetariske legemer. Asteroider - de stenede, luftløse rester tilbage fra dannelsen af ​​vores solsystem - er en anden. Til ære for World Asteroid Day, 30. juni, vi ser tilbage på denne historiske Shoemaker-Levy 9 begivenhed, som lærte os vigtigheden af ​​at se efter potentielle påvirkninger.

Opdagelse af kometen

Astronomerne Carolyn og Eugene Shoemaker og David Levy opdagede kometen SL9 i marts 1993. Skomagerne var allerede en velkendt komet-opdagende astronomisk duo, efter at have opdaget 32 ​​kometer sammen eller hver for sig i deres karriere. Beregninger viste, at kometen, brudt op i store stykker (nogle over en halv kilometer brede) af planetens tyngdekraft, kredsede om Jupiter og ville ramme i juli 1994.

Nyhederne piskede det astronomiske samfund til vanvid - her var en mulighed for rent faktisk at observere en påvirkning. Andre planeter og måner er dækket af kratere, men vi havde aldrig set en påvirkning ske. På jorden, Forskere havde for nylig bekræftet, at mange af vores egne kratere blev skabt af påvirkninger snarere end vulkanudbrud, som det mile-brede (1,6 kilometer brede) Meteor-krater i Arizona, og det 93 mile brede (150 km brede) Chicxulub-krater i den Mexicanske Golf. SL9-påvirkningen med Jupiter ville være en ekstraordinær mulighed for at studere, hvordan påvirkninger påvirkede en planet.

Verdens astronomer havde et år til at forberede sig på virkningen, så mange jordbaserede teleskoper rundt om i verden sluttede sig til kampagnen. Denne indsats omfattede NASA's Infrared Telescope Facility (IRTF), som sidder på toppen af ​​Maunakea på Hawaii's Big Island. NASA modtog også i sidste ende data fra to af sine rumfartøjer, rumfartøjet Galileo – som allerede var på vej til Jupiter efter opsendelsen i 1989 – og Hubble-rumteleskopet.

"Shoemaker-Levy 9-nedslagene samlede kometforskere, Jupiter atmosfære eksperter, og astronomer, som kom sammen for at spørge "Hvordan skal vi observere denne begivenhed?" sagde Kelly Fast, programleder for NASA's Near Earth Object Observations Program. For SL9-påvirkningerne, Fast blev udstationeret ved IRTF på hendes første observationsløb. "Det var virkelig vigtigt at have den besked i forvejen til at planlægge, fordi det gav os muligheden for at optimere, hvordan disse observationer kunne foretages for at give os den bedste videnskab."

Astronomer samledes ved IRTF på Hawaii for at begynde at forberede sig på nedslaget. Teleskopet, som blev bygget i slutningen af ​​1970'erne for at støtte Voyager-missionerne til de ydre planeter, er følsom over for varme, så dets billeder viste enorme lyse pletter, hvor kometfragmenterne ramte Jupiter.

"Normalt tænker man på solsystemet som statisk, du ser ikke disse store ændringer ske på én gang, " sagde John Rayner, direktør for IRTF, som var ansat på IRTF under påvirkningerne. "Men pludselig at se disse påvirkninger, disse enorme lyse pletter, der dukkede op på den største planet i vores solsystem, var ganske ekstraordinært."

Så fantastiske som observationerne var fra IRTF og adskillige jordbaserede observatorier, disse teleskoper fra Jorden så faktisk ikke nedslagene ske, fordi de fandt sted på Jupiters "natside". Først da planeten roterede, fik jordbaserede teleskoper at se eftervirkningerne af nedslaget.

Men NASAs Galileo-rumfartøj havde et sæde på forreste række til begivenheden. På tidspunktet for påvirkningerne, Galileo var på vej for at studere Jupiter og dens måner, og nærmer sig den rigtige geometri for at se fragmenterne af SL9 smække ind i gasgiganten. Fra 238 millioner kilometer (148 millioner miles) væk, rumfartøjet begyndte at tage billeder.

De bedste billeder, selvom, kom fra Hubble, som for nylig havde fået afgørende reparationer i sin første servicemission. Over jordens atmosfære, med dets højopløselige kamera, Hubbles udsøgte billedkvalitet gjorde det muligt for videnskabsmænd at spore fanerne, der voksede og kollapsede på Jupiters skytoppe. Langsomt, mens planeten roterede, mørke ar blev afsløret i dens atmosfære, hvor kometfragmenterne havde ramt. Astronomer så ekspanderende bølger af mørkt materiale, formen på fanerne, og detaljer i eksplosionernes affaldsfelter med enestående detaljer. Hubble-pressekonferencer blev holdt mindst én gang om dagen i hele ugen, så offentligheden kunne følge med, når der kom nye billeder ind.

Hammel husker, at han oprindeligt var skeptisk over, at Hubble overhovedet ville se noget, siden kometen var så lille sammenlignet med den enorme gasformige planet. Da billederne begyndte at komme ned, hun sov knap i dagevis.

"Jeg var overrasket, og så blev jeg glad, " sagde hun. Det var bare så bemærkelsesværdigt at være involveret i et projekt, jeg vidste ville ændre vores forståelse af Jupiter, og ændre vores forståelse af påvirkninger i solsystemet."

Impact Science

Forskere over hele verden observerede eftervirkningerne af de 21 fragmenter, der bragede ind i Jupiters atmosfære. Hvert stød løftede materiale, der sprøjtede tilbage i Jupiters atmosfære, skabe affald, der fungerede som markører for videnskabsmænd på Jorden til at studere Jupiters vinde. Før arrangementet, skysporing var den primære måde at se, hvordan gasgigantens atmosfære transporterede materiale rundt på planeten. Men materiale som ammoniak og hydrogencyanid løftet op i stratosfæren fra dybt under Jupiters øverste skyer gav videnskabsmænd en måde at spore vindene, da disse molekyler blev blæst rundt om planeten. Selv i dag, forskere kan stadig opdage ændringerne i hydrogencyanid i Jupiters atmosfære fra nedslagene.

Observationer var også i stand til at forfine grundlæggende påvirkningsmodeller og fortælle os mere, generelt, om hvordan partikler transporteres rundt i en atmosfære efter et sammenstød. Fordi vi ikke kan teste påvirkninger i det virkelige liv - undtagen i meget lille skala, som at skyde en sten ind i en stenblok i et laboratorium - SL9-påvirkningerne tilbød forskerne et naturligt eksperiment, hvormed de kunne studere, hvordan massive påvirkninger påvirker en stor krop som en planet. At studere SL9s indvirkning på Jupiter hjalp forskerne med at styrke deres modeller af, hvad der kunne ske, hvis en komet eller asteroide ramte Jorden.

Et wake up call for menneskeheden

Før SL9-påvirkningen, udtrykket "planetarisk forsvar" eksisterede ikke. Disse dage, der er mange hold af videnskabsmænd, der sporer jordnære objekter (NEO'er):asteroider, der kommer inden for 30 millioner miles (50 millioner kilometer) fra Jordens kredsløb. Men tilbage i midten af ​​1990'erne, kun få hold (inklusive skomagerne) ledte efter asteroider i det indre solsystem.

I året før påvirkningen, et studiehold i luftvåbnet ledet af Lindley Johnson, nu NASAs første (og indtil videre, kun) Planetary Defense Officer, havde forsøgt at overbevise deres ledelse om, at det at finde og spore NEO'er skulle være en del af luftvåbnets rumsituationsbevidsthedsmission. Da SL9 viste sig at være på kollisionskurs med Jupiter, Johnsons forskning blev et vigtigt element i luftvåbnets undersøgelse af fremtidige rumkapaciteter.

I 1998, Kongressen – påvirket af Eugene Shoemaker og andre videnskabsmænd, der advokerer for NEO-forskning og med Hubble-billeder af Jupiters ødelæggelse frisk i deres sind – instruerede officielt NASA til at finde 90 % af asteroiderne i vores himmelske kvarter 1 kilometer eller større. Ved udgangen af ​​2010 NASA havde nået det mål. Nu, agenturet arbejder på at identificere mindst 90 % af asteroiderne mellem 450-3, 000 fod (140-1, 000 meter) bred, og de er omkring en tredjedel af vejen dertil.

"Shoemaker-Levy 9-begivenheden viste os, at vi er sårbare over for påvirkninger i dag, ikke kun i den fjerne fortid, " sagde Johnson. "Disse påvirkningshændelser forekommer i solsystemet lige nu, og vi bør gøre vores bedste for at finde farlige genstande, før de er i overhængende fare for at påvirke Jorden."