Skjul og søg:Hvordan NASAs Lucy-missionshold opdagede Eurybates-satellitten

Den 9. januar 2020, NASAs Lucy-mission annoncerede officielt, at den ikke ville besøge syv, men otte asteroider. Det viser sig, Eurybates, en af ​​asteroiderne langs Lucys vej, har en lille satellit.

Selvom søgning efter satellitter er et af missionens centrale mål, at finde disse små verdener, før Lucy bliver opsendt, giver holdet mulighed for at undersøge deres baner og planlægge mere detaljerede opfølgende observationer med rumfartøjet. Uden at søge efter disse asteroide-ledsager før opsendelse, Lucy kan også risikere at støde på et uventet binært par. At se to asteroider, når rumfartøjet kun venter den ene, kan forvirre dets autonome sporingssystem.

Heldigvis, Lucy videnskabsteamet er allerede bekendt med det perfekte værktøj at bruge. "En af måderne, du kan prøve at lede efter satellitter på, er at bruge Hubble. Og det er noget, jeg har gjort meget med Kuiperbæltet, " siger Keith Noll, missionens projektforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og en af ​​opdagerne af Eurybates' satellit. "Vi kender mere end 100 binære filer i Kuiperbæltet, og langt de fleste af dem blev fundet med Hubble."

Og forståeligt nok. Det kredsende teleskop, 13,3 meter (43,5 fod) lang, som har et primært spejl med en diameter på 2,4 meter (7 fod, 10,5 tommer), er ikke behæftet med de normale slørende virkninger af Jordens atmosfære, da den ligger behageligt over atmosfæren. Selvom nogle af de større jordbundne teleskoper nogle gange er i stand til at observere himlen med lignende klarhed, Hubble kan registrere en lille, dæmpet satellit, der kredser meget tæt på en større, lysere asteroide, som et teleskop på Jorden måske savner.

For at vide, hvor man skal lede efter satellitter, videnskabsholdet skulle beregne Hill-sfærerne for de asteroider, de ville undersøge. Hill-sfæren er en imaginær sfære omkring en krop, inde i hvilken kroppen har den dominerende gravitationspåvirkning. Med andre ord, alle stabile satellitter i en kropsbane inden for sin Hill-kugle. Earth's Hill sfære, for eksempel, har en radius på næsten 1,5 millioner km (930, 000 miles), og Månen kredser sikkert inde ved cirka 380°, 000 km (236, 000 miles).

Nolls team indsendte et forslag om at bruge Hubble til at søge efter satellitter og lavede deres første runde af observationer i efteråret 2018. De gennemsøgte derefter billederne for beviser på satellitter. Denne proces er svær, da rå billeder fra Hubble kan være rodet. "Den har mange buler og klatter, det er ikke en ren ting, " bemærker Noll. F.eks. rå billeder af lyse objekter viser ofte diffraktionsspidser, de lyse X-former, der ligner tegneserier med firtakkede stjerner. Hubbles kameraer er også modtagelige for kosmiske stråler (partikler, der rejser tæt på lysets hastighed), som kan fremstå som lyse prikker på billederne. "Så når du ser på [billederne], du siger, "Godt, er den klat en satellit, eller er det bare en del af... måden, hvorpå lyset spredes fra hele den optiske enhed i hele teleskopet?'" Bortset fra en kort falsk alarm, da det så ud til, at en anden Lucy mål, Orus, kan være en binær, holdet så ingen nye beviser for satellitter.

Det er, indtil november 2019. Aftenen før et stort science team møde, Noll var ved at forberede en præsentation om søgning efter satellitter. Ved at lede efter billeder for at demonstrere vanskelighederne ved at skelne mellem satellitter og andre lyse klatter, han stødte på et af hans holds Hubble-billeder fra den 12. september, 2018. Efter at have eksperimenteret med lysstyrken og kontrasten, han så et ejendommeligt lyspunkt nær Eurybates. "Jeg sagde, "Goh, at en virkelig ligner, hvad jeg ville forvente, at en satellit ville se ud.'" Da jeg indså, at det var ved at blive sent, han kredsede om genstanden og gjorde præsentationen færdig. I sin tale dagen efter, han påpegede objektets slående lighed med en satellit. Blandt publikum var Mike Brown, en af ​​missionens videnskabelige medforskere. Brown afbrød for at spørge Noll, om han havde set på dataene fra den anden observation den 14. september, men Noll indrømmede, at han endnu ikke havde haft en chance. Ifølge Noll, før han var færdig med at præsentere, Brown undersøgte dataene fra 14. september og udbrød, "Jeg ser det også der!"

Alle stimlede sammen omkring Browns bærbare computer. Havde de faktisk opdaget en satellit af Eurybates? Holdet bemærkede, at da de sammenlignede de to billeder, objektet så ud til at have bevæget sig lidt, som en satellit kan. En kontrol afslørede, at objektets observerede positioner passer til mange mulige baner. Fra et planetarisk dynamikperspektiv, det gav også mening, at Eurybates kunne have en satellit. Eurybates er et af et massivt sæt af fragmenter skabt af den samme asteroidekollision, så ideen om, at et af disse fragmenter måske kredser om Eurybates, er ikke langt ude. Det var alle skridt i den rigtige retning, men ikke afgørende bevis. Holdet havde kun to observationer indtil videre, og ifølge Noll, "Du tror aldrig rigtig på noget, før du har set det tredje gang, så vi var nødt til at få flere data." De indsendte et presserende forslag om at bruge Hubble igen, som blev godkendt hurtigt nok til, at holdet var i stand til at få deres observationer omkring en måned senere. De bad om 12 chancer for at observere satellitten, men de fik tre. Hvis de kunne se satellitten igen på mindst én af de tre, de ville få de andre ni.

Deres første chance var den 11. december. Satellitten var en no-show. Holdet var ikke bekymret – endnu – fordi de vidste, at der var en god chance for, at det måske var for tæt på Eurybates, og fortabt i genskin. De forsøgte en anden gang den 21. december, men til deres store forfærdelse, den sky lille sten var ingen steder at finde. Holdet begyndte at tvivle på, at deres såkaldte satellit overhovedet eksisterede. "Måske laver vi bare sjov med os selv. Måske er det ikke rigtigt, "Noll husker, at han tænkte.

Endelig, den 3. januar, de fandt det. Den lille, dim satellit var tydeligt synlig på de nye billeder. Som de havde mistænkt, i de to foregående observationer var det for tæt på Eurybates (som er over 6, 000 gange lysere end dens ledsager) for at blive set. Forskellen i lysstyrke tyder på, at satellitten sandsynligvis er mindre end 1 km (0,6 miles) i diameter, ringe sammenlignet med Eurybates (64 km, eller 40 miles).

Kort efter at Lucy-holdet opdagede satellitten, både den og Eurybates bevægede sig bag solen, forhindrer holdet i at observere det yderligere. Imidlertid, asteroiderne dukkede op bag Solen i juli 2020, og siden da, Lucy-holdet har været i stand til at observere satellitten med Hubble ved flere lejligheder, giver holdet mulighed for præcist at definere satellittens kredsløb og lader den lille satellit endelig få et officielt navn - Queta.

Queta er den første trojanske asteroide navngivet under en nyligt revideret navnekonvention for trojanske asteroider. Selvom trojanerne tidligere kun var opkaldt efter helte fra Homers Iliaden, mindre trojanske heste er nu opkaldt efter olympiske og paralympiske atleter, som anerkendelse af disse moderne helte. Queta er navngivet til ære for den mexicanske atlet Norma Enriqueta "Queta" Basilio Sotelo. Ved sommer-OL 1968, hun blev den første kvinde i historien til at tænde den olympiske kedel. Navnet "Queta" blev valgt til Eurybates' satellit, fordi Basilios rolle ligner Eurybates', en græsk herold. I det antikke Grækenland, Heralder var budbringere i kongers eller regeringers tjeneste, en beskæftigelse, der nogle gange indebar at løbe lange distancer. Ifølge den antikke græske historiker Herodot, en herold ved navn Pheidippides løb 260 km (160 mi) fra Athen til Sparta for at anmode om spartanernes hjælp i slaget ved Marathon. (Det er fra denne legende, vi får ordet "maraton.") Heralderne fik også til opgave at annoncere starten på de gamle olympiske lege, svarende til hvordan fakkelceremonien annoncerer starten på de moderne olympiske lege. Selvom fakkelceremonien ikke var en del af de gamle OL, det er inspireret af en gammel græsk tradition kaldet lampadedromia, et stafetløb, hvor løberne passerer en fakkel, mens de forsøger at holde dens hellige ild brændende. Flere andre medlemmer af Eurybates-familien, en gruppe af asteroider, der faktisk er fragmenter dannet af den samme kollision, er blevet opkaldt efter heltene fra de olympiske og paralympiske lege i 1968. Som en banebrydende medspiller i 1968-legene, Queta passer lige ind.