Det er en velkendt astronomisk konvention, at Jorden kun har en naturlig satellit, der er kendt (lidt ukreativt) som ”Månen”. Astronomer har imidlertid i lidt over et årti kendt, at Jorden også har en befolkning på det, der er kendt som ”forbigående måner”. Dette er en delmængde af objekter i nærheden af Jorden (NEO'er), der midlertidigt samles op af Jordens tyngdekraft og antager kredsløb rundt om vores planet.
I henhold til en ny undersøgelse foretaget af et team af Finish og amerikanske astronomer, kunne disse midlertidigt indfangede orbiters (TCO'er) studeres med Large Synoptic Survey Telescope (LSST) i Chile - som forventes at blive operationelle i 2020. Ved at undersøge disse objekter med næste generations teleskop hævder undersøgelsens forfattere, at vi vil lære meget om NEO'er og endda begynde at udføre missioner til dem.
Undersøgelsen, der for nylig blev vist i tidsskriftet Icarus, blev ledet af Grigori Fedorets - en doktorand fra Helsinki Universitets fysikafdeling. Han blev sammen med fysikere fra Luleå teknologiske universitet, University of Washingtons Data Intensive Research in Astrophysics and Cosmology (DIRAC) Institute og University of Hawaii.
Begrebet TCO'er blev først postuleret i 2006 efter opdagelsen og karakteriseringen af RH120, et objekt, der måler 2 til 3 meter i diameter (6,5 til 10 fod) i diameter, der normalt kredser rundt solen. Hvert 20 år gør det tæt på Earth-Moon-systemet og fanges midlertidigt af Jordens tyngdekraft.
Efterfølgende observationer af NEO'er - såsom asteroide 1991 VG og meteor EN130114 - tilføjede denne teori yderligere vægt og gjorde det muligt for astronomer at lægge begrænsninger for TCO-populationer. Dette førte til den konklusion, at satellitter, der midlertidigt er fanget, kommer i to populationer. På den ene side er der TCO'er, der svarer til mindst en revolution omkring Jorden, mens de bliver fanget.
For det andet er der midlertidigt fangede flybys (TCF'er), der udgør ækvivalenten til mindre end en revolution, mens de bliver fanget. Ifølge Fedorets og hans kolleger er disse objekter et tiltalende mål for forskning og møde med rumfartøjer - enten i form af CubeSat-størrelse missioner eller større rumfartøjer, der kan udføre prøve-retur-missioner.
Til at begynde med ville undersøgelsen af disse objekter give astronomer mulighed for at begrænse størrelsen og frekvensen af NEO'er, der strækker sig i størrelse fra 1/10 af en meter til 10 meter i diameter, som ikke er godt forstået. Disse objekter er typisk for små og for svage til, at de fleste teleskoper og teknikker kan observere effektivt.
Overvågning og undersøgelse af denne specielle klasse af NEO'er er hvor LSST kommer i spil. På grund af sin høje opløsning og følsomhed forventes LSST 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 Space Magazine via e-mail:
”[E] ven for LSST, langt de fleste af de kortvarige måner vil være for svage til at opdage. Imidlertid vil det være den eneste undersøgelse, der er i stand til at opdage transiente måner med jævne mellemrum ... Funktionerne i LSST, der er særligt velegnede til TCO-detektion, inkluderer: et stort synsfelt; begrænsende styrke V = 24,7, hvilket tillader detektion af svage genstande; operationel tilstand med ryg-til-ryg-observationer og hurtig opfølgning af det samme felt indledningsvis samme nat, hvilket hjælper med at identificere hurtigt bevægede bagager.
Når det er i gang, vil LSST-teleskopet gennemføre en 10-årig undersøgelse, der vil tage fat på nogle af de mest presserende spørgsmål om universets struktur og udvikling. Disse inkluderer mysterierne med mørkt stof og mørk energi og dannelsen og strukturen af Mælkevejen. Det vil også dedikere observationstiden til solsystemet i håb om at lære mere om mindre planetpopulationer og NEO'er.
For at bestemme, hvor mange TCO'er LSST vil detektere, kørte teamet 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 angav, hvordan LSST ville være ekstremt effektiv til at påvise forbigående måner.
Til deres undersøgelse genovervejede Fedorets arbejdet i Bolin og gennemførte deres egen analyse. Som han beskrev det:
”[A] syntetisk population af kortvarige måner blev gennemført gennem LSST-pegesimuleringen. Den første analyse viste, at Moving Object Processing System af LSST kun kunne genkende tre objekter på fire år (kadens af tre detektioner over en periode på 15 dage). Dette virkede [som] et lille antal, så vi udførte yderligere analyse. Vi valgte alle observationer med mindst to observationer og udførte banebestemmelse og orbitalforbindelse med metoder, der var alternative til MOPS. Denne specielle behandling øgede antallet af observerbare kortvarige månekandidater med en størrelsesorden. ”
I sidste ende konkluderede Fedorets og hans team, at ved hjælp af LSST og moderne automatisk asteroideidentifikationssoftware - aka. et behandlingssystem med bevægeligt objekt (MOPS) - en TCO kunne opdages en gang hvert år. Denne sats kan øges til en TCO hver anden måned, hvis der udvikles yderligere softwareværktøjer specifikt til identifikation af TCO'er, der kan supplere en basislinje MOPS.
I sidste ende vil studiet af TCO'er være fordelagtige for astronomer af en række grunde. Til at begynde med eksisterer der en kløft mellem undersøgelsen af større asteroider og mindre bolider - små meteorer, der regelmæssigt brænder op i Jordens atmosfære. De der falder i mellem, som typisk måler mellem 1 og 40 meter (~ 3 til 130 ft) i diameter, er i øjeblikket ikke godt begrænset.
”Forbigående måner er en god population til at begrænse dette størrelsesområde, da de i de størrelsesområder skal vises regelmæssigt og blive opdaget med LSST,” siger Fedorets. ”Desuden er TCO'er fremragende mål for [in-situ] -missioner. De er blevet leveret "gratis" i nærheden af Jorden. Derfor kræves en relativt lille mængde brændstof for at nå dem. Potentielle missioner kunne designes som flyby-opgaver (fx CubeSat-klassen) eller som første trin i udnyttelsen af asteroide ressourcer. ”
En anden fordel ved studiet af disse objekter er, hvordan de vil hjælpe astronomer med at få en bedre forståelse af potentielt farlige genstande (PHO'er). Dette udtryk bruges til at beskrive asteroider, som med jævne mellemrum krydser Jordens bane og udgør en risiko for kollision. Mens de har samme observationsegenskaber som TCO'er, kan de skelnes ud fra deres bane alene.
Selvfølgelig understregede Fedorets, at selvom TCO'er tilbringer måneder i geocentriske baner, ville en mulig mission til at studere en af dem være hurtig-respons i naturen. Heldigvis udvikler ESA en sådan mission i form af deres "Comet Interceptor", som vil blive lanceret til en stabil dvalebane og aktiveres, når en komet eller asteroide kommer ind på Jordens bane.
En større forståelse af Jordens midlertidige satellitter, potentielt farlige genstande og Asteroider i nærheden af Jorden er blot en af mange fordele, der forventes at komme fra næste generations teleskoper som LSST. Disse instrumenter vil ikke kun give os mulighed for at se længere og med større klarhed (og således udvide vores viden om vores solsystem og kosmos), de kan også hjælpe os med at sikre vores langsigtede overlevelse som art.
