The Large Synoptic Survey Telescope kunne finde flere af Jordens forbigående måner

Det er en velkendt astronomisk konvention, at Jorden kun har én naturlig satellit, som er kendt (noget ukreativt) som "månen". Imidlertid, astronomer har i lidt over et årti vidst, at Jorden også har en befolkning af det, der er kendt som "forbigående måner". Disse er en undergruppe af nær-Jorden-objekter (NEO'er), der midlertidigt øses op af Jordens tyngdekraft og antager kredsløb omkring vores planet.

Ifølge en ny undersøgelse foretaget af et hold af finske og amerikanske astronomer, disse midlertidigt fangede orbitere (TCO'er) kunne studeres med Large Synoptic Survey Telescope (LSST) i Chile, som forventes at være operationelt i 2020. Ved at undersøge disse objekter med næste generations teleskop, undersøgelsens forfattere hævder, at vi vil lære en hel del om NEO'er, og endda begynde at udføre missioner til dem.

Studiet, som for nylig udkom i bladet Icarus , blev ledet af Grigori Fedorets, en ph.d.-studerende fra universitetet i Helsinkis fysikafdeling. Han fik selskab af fysikere fra Luleå Tekniske Universitet, University of Washingtons Data Intensive Research in Astrophysics and Cosmology (DIRAC) Institute, og University of Hawaii.

Konceptet med TCO'er blev først postuleret i 2006 efter opdagelsen og karakteriseringen af ​​RH120, et objekt, der måler to til tre meter (6,5 til 10 fod) i diameter, der normalt kredser om solen. Hvert 20 eller deromkring år, den nærmer sig Jord-måne-systemet og er midlertidigt fanget af Jordens tyngdekraft.

Efterfølgende observationer af NEO'er såsom asteroide 1991 VG og meteor EN130114 tilføjede yderligere vægt til denne teori og gjorde det muligt for astronomer at sætte begrænsninger på TCO-populationer. Dette førte til den konklusion, at midlertidigt fangede satellitter findes i to populationer. På den ene side, der er TCO'er, som svarer til mindst én omdrejning rundt om Jorden, mens de bliver fanget.

Sekund, der er midlertidigt fangede flybys (TCF'er), som svarer til mindre end én omdrejning, mens de bliver fanget. Ifølge Fedorets og hans kolleger, disse objekter er et tiltalende mål for forskning og møde med rumfartøjer, enten i form af CubeSat-store missioner eller større rumfartøjer, der kunne udføre prøve-retur-missioner.

Til at begynde med, studiet af disse objekter ville gøre det muligt for astronomer at begrænse størrelsen og frekvensen af ​​NEO'er, der varierer i størrelse fra en tiendedel meter til 10 meter i diameter, som ikke er godt forstået. Typisk, disse objekter er for små og for svage til, at de fleste teleskoper og teknikker kan observere effektivt.

Overvågning og undersøgelse af denne særlige klasse af NEO'er er, hvor LSST kommer i spil. På grund af dens høje opløsning og følsomhed, LSST forventes at blive en af ​​de primære faciliteter til opdagelse af NEO'er og potentielt farlige genstande, som ellers er meget vanskelige at opdage. Som Fedorets fortalte Universe Today via e-mail:

"[E]ven for LSST, langt de fleste af de forbigående måner vil være for svage til at opdage. Imidlertid, det vil være den eneste undersøgelse, der er i stand til at opdage eventuelle forbigående måner med jævne mellemrum... Funktionerne ved LSST, der er særligt velegnede til TCO-detektion, omfatter:et stort synsfelt; begrænsende størrelse V=24,7, tillader detektering af svage genstande; driftstilstand med ryg-til-ryg-observationer og hurtig opfølgning af det samme felt, indledningsvis samme nat, hjælper med at identificere hurtigt bevægende bugserede objekter."

Når den først er oppe at køre, LSST-teleskopet vil gennemføre en 10-årig undersøgelse, der vil tage fat på nogle af de mest presserende spørgsmål om universets struktur og udvikling. Disse omfatter mysterierne om mørkt stof og mørk energi og dannelsen og strukturen af ​​Mælkevejen. Det vil også dedikere observationstid til solsystemet i håbet om at lære mere om mindre planetpopulationer og NEO'er.

For at bestemme, hvor mange TCO'er LSST vil opdage, holdet kørte en række simuleringer. Deres arbejde bygger på en tidligere undersøgelse udført i 2014 af Dr. Bryce Bolin fra Caltech og kolleger, hvor de vurderede de nuværende og næste generations astronomiske faciliteter. Det var denne undersøgelse, der antydede, at LSST ville være ekstremt effektiv til at detektere forbigående måner.

Til deres studie, Fedorets genovervejede Bolins arbejde og udførte deres egen analyse. Han skrev, "[En] syntetisk population af forbigående måner blev kørt gennem LSST-pegesimuleringen. Den indledende analyse viste, at LSST's Moving Object Processing System kun kunne genkende tre objekter på fire år (kadence på tre detektioner over en periode på 15 dage). Dette virkede som et lille antal, så vi udførte yderligere analyser. Vi udvalgte alle observationer med mindst to observationer, og udførte kredsløbsbestemmelse og kredsløbsforbindelse med metoder alternative til MOPS. Denne særlige behandling øgede antallet af observerbare forbigående månekandidater med en størrelsesorden."

Til sidst, Fedorets og hans team konkluderede, at ved at bruge LSST og moderne software til automatisk asteroide-identifikation - specifikt, et moving-object processing system (MOPS) - en TCO kunne opdages en gang om året. Denne sats kunne øges til én TCO hver anden måned, hvis der udvikles yderligere softwareværktøjer specifikt til identifikation af TCO'er, der kunne supplere en basislinje MOPS.

Ultimativt, undersøgelsen af ​​TCO'er vil være gavnlig for astronomer af en række årsager. Til at begynde med, der eksisterer et hul mellem studiet af større asteroider og mindre bolider - små meteorer, der jævnligt brænder op i Jordens atmosfære. Dem der falder imellem, som typisk måler mellem en og 40 meter (~tre til 130 fod) i diameter, er i øjeblikket ikke godt begrænsede.

"Forbigående måner er en god population til at begrænse størrelsesområdet, som i disse størrelsesintervaller, de bør vises regelmæssigt og detekteres med LSST, " siger Fedorets. "Desuden, TCO'er er fremragende mål for [in-situ] missioner. De er blevet leveret "gratis" til Jordens nærhed. Derfor, der kræves en relativt lille mængde brændstof for at nå dem. Potentielle missioner kunne designes som in situ flyby-missioner (f.eks. af CubeSat-klassen), eller som første skridt i udnyttelsen af ​​asteroide ressourcer."

En anden fordel ved undersøgelsen af ​​disse objekter er, at de vil hjælpe astronomer med at få en bedre forståelse af potentielt farlige objekter (PHO'er). Dette udtryk bruges til at beskrive asteroider, der periodisk krydser Jordens kredsløb og udgør en risiko for kollision. Mens de har lignende observationsegenskaber som TCO'er, de kan skelnes baseret på deres baner alene.

Selvfølgelig, Fedorets understregede, at mens TCO'er tilbringer måneder i geocentriske baner, en mulig mission for at studere en af ​​dem skulle have en hurtig reaktion. Heldigvis ESA er ved at udvikle en sådan mission i form af deres Comet Interceptor, som vil blive opsendt til en stabil dvalebane og aktiveret, når en komet eller asteroide kommer ind i Jordens bane.

En større forståelse af Jordens midlertidige satellitter, potentielt farlige objekter og jordnære asteroider er blot en af ​​mange fordele, der forventes at komme fra næste generations teleskoper som LSST. Disse instrumenter vil ikke kun give astronomer mulighed for at se længere og med større klarhed, dermed udvide vores viden om solsystemet og kosmos, de kunne også sikre vores langsigtede overlevelse som art.