Es ist eine bekannte astronomische Konvention, dass die Erde nur einen natürlichen Satelliten hat, der (etwas unkreativ) als „der Mond“ bekannt ist. Astronomen wissen jedoch seit etwas mehr als einem Jahrzehnt, dass die Erde auch eine Population von sogenannten „vorübergehenden Monden“ hat. Dies ist eine Untergruppe von erdnahen Objekten (Near-Earth Objects, NEOs), die vorübergehend von der Schwerkraft der Erde aufgenommen werden und Umlaufbahnen um unseren Planeten annehmen.
Laut einer neuen Studie eines Teams aus finnischen und amerikanischen Astronomen könnten diese vorübergehend erfassten Orbiter (TCOs) mit dem Large Synoptic Survey Telescope (LSST) in Chile untersucht werden, das voraussichtlich bis 2020 betriebsbereit sein wird. Durch Untersuchung dieser Objekte Mit dem Teleskop der nächsten Generation argumentieren die Autoren der Studie, dass wir viel über NEOs lernen und sogar Missionen zu ihnen durchführen können.
Die Studie, die kürzlich in der Zeitschrift erschien Ikaruswurde von Grigori Fedorets geleitet - einem Doktoranden der Fakultät für Physik der Universität Helsinki. Zu ihm gesellten sich Physiker der Luleå University of Technology, des DIRAC-Instituts (Data Intensive Research in Astrophysics and Cosmology) der University of Washington und der University of Hawaii.
Das Konzept der TCOs wurde erstmals 2006 nach der Entdeckung und Charakterisierung von RH120 postuliert, einem Objekt mit einem Durchmesser von 2 bis 3 Metern (6,5 bis 10 Fuß), das normalerweise die Sonne umkreist. Etwa alle zwanzig Jahre nähert es sich dem Erd-Mond-System und wird vorübergehend von der Schwerkraft der Erde erfasst.
Nachfolgende Beobachtungen von NEOs - wie Asteroid 1991 VG und Meteor EN130114 - fügten dieser Theorie weiteres Gewicht hinzu und ermöglichten es den Astronomen, die TCO-Populationen einzuschränken. Dies führte zu der Schlussfolgerung, dass vorübergehend erfasste Satelliten in zwei Populationen vorkommen. Einerseits gibt es TCOs, die während der Erfassung mindestens einer Umdrehung um die Erde entsprechen.
Zweitens gibt es vorübergehend erfasste Vorbeiflüge (TCFs), die während der Erfassung weniger als einer Umdrehung entsprechen. Laut Fedorets und seinen Kollegen sind diese Objekte ein attraktives Ziel für die Forschung und ein Rendezvous mit Raumfahrzeugen - entweder in Form von CubeSat-Missionen oder größeren Raumfahrzeugen, die Probenrückgabemissionen durchführen könnten.
Für den Anfang würde die Untersuchung dieser Objekte es Astronomen ermöglichen, die Größe und Häufigkeit von NEOs zu beschränken, deren Größe von 1/10 Meter bis 10 Meter Durchmesser reicht und die nicht gut verstanden werden. Normalerweise sind diese Objekte zu klein und zu schwach, als dass die meisten Teleskope und Techniken sie effektiv beobachten könnten.
Bei der Überwachung und Untersuchung dieser speziellen Klasse von NEOs kommt das LSST ins Spiel. Aufgrund seiner hohen Auflösung und Empfindlichkeit wird das LSST voraussichtlich zu einer der wichtigsten Einrichtungen für die Entdeckung von NEOs und potenziell gefährlichen Objekten, die ansonsten sehr schwer zu erkennen sind. Wie Fedorets dem Space Magazine per E-Mail mitteilte:
„Für EST wird die überwiegende Mehrheit der vorübergehenden Monde zu schwach sein, um sie zu entdecken. Es wird jedoch die einzige Umfrage sein, die in der Lage ist, regelmäßig transiente Monde zu entdecken. Zu den Merkmalen von LSST, die sich besonders für die TCO-Erkennung eignen, gehören: ein großes Sichtfeld; Begrenzung der Größe V = 24,7, wodurch schwache Objekte erkannt werden können; Betriebsmodus mit aufeinanderfolgenden Beobachtungen und schneller Nachverfolgung desselben Feldes zunächst in derselben Nacht, um schnell bewegte Objekte zu identifizieren. “
Sobald das LSST-Teleskop betriebsbereit ist, wird es eine 10-Jahres-Umfrage durchführen, die einige der dringendsten Fragen zur Struktur und Entwicklung des Universums beantwortet. Dazu gehören die Geheimnisse der Dunklen Materie und der Dunklen Energie sowie die Bildung und Struktur der Milchstraße. Es wird auch dem Sonnensystem Beobachtungszeit widmen, in der Hoffnung, mehr über kleinere Planetenpopulationen und NEOs zu erfahren.
Um festzustellen, wie viele TCOs das LSST erkennt, führte das Team eine Reihe von Simulationen durch. Ihre Arbeit baut auf einer früheren Studie auf, die 2014 von Dr. Bryce Bolin von Caltech und Kollegen durchgeführt wurde, in der sie die astronomischen Einrichtungen der aktuellen und nächsten Generation bewerteten. Es war diese Studie, die zeigte, wie das LSST bei der Erkennung transienter Monde äußerst effektiv sein würde.
Für ihre Studie überdachte Fedorets die Arbeit von Bolin und führte ihre eigene Analyse durch. Wie er es beschrieb:
„[A] synthetische Population transienter Monde wurde durch die LSST-Zeigersimulation geführt. Die erste Analyse ergab, dass das Moving Object Processing System von LSST in vier Jahren nur drei Objekte erkennen konnte (Trittfrequenz von drei Erkennungen über einen Zeitraum von 15 Tagen). Dies schien eine kleine Zahl zu sein, daher führten wir zusätzliche Analysen durch. Wir haben alle Beobachtungen mit mindestens zwei Beobachtungen ausgewählt und eine Orbitbestimmung und Orbitalverknüpfung mit alternativen Methoden zu MOPS durchgeführt. Diese spezielle Behandlung erhöhte die Anzahl der beobachtbaren vorübergehenden Mondkandidaten um eine Größenordnung. “
Am Ende kamen Fedorets und sein Team zu dem Schluss, dass die Verwendung der LSST und der modernen Software zur automatischen Asteroidenidentifizierung - auch bekannt als. ein Moving-Object-Processing-System (MOPS) - eine TCO konnte einmal im Jahr entdeckt werden. Diese Rate könnte alle zwei Monate auf ein TCO erhöht werden, wenn zusätzliche Softwaretools speziell für die Identifizierung von TCO entwickelt werden, die ein Basis-MOPS ergänzen könnten.
Letztendlich wird das Studium der TCOs aus einer Reihe von Gründen für Astronomen von Vorteil sein. Für den Anfang besteht eine Lücke zwischen der Untersuchung größerer Asteroiden und kleinerer Boliden - kleiner Meteore, die regelmäßig in der Erdatmosphäre verbrennen. Diejenigen, die dazwischen liegen und typischerweise einen Durchmesser zwischen 1 und 40 Metern (~ 3 bis 130 Fuß) haben, sind derzeit nicht gut eingeschränkt.
"Transiente Monde sind eine gute Population, um diesen Größenbereich einzuschränken, da sie in diesen Größenbereichen regelmäßig auftreten und mit LSST erkannt werden sollten", sagt Fedorets. „Darüber hinaus sind TCOs hervorragende Ziele für [in-situ] Missionen. Sie wurden „kostenlos“ in die Nähe der Erde geliefert. Daher ist eine relativ kleine Menge Kraftstoff erforderlich, um sie zu erreichen. Potenzielle Missionen könnten als In-situ-Vorbeiflugmissionen (z. B. der CubeSat-Klasse) oder als erste Schritte bei der Nutzung von Asteroidenressourcen konzipiert werden. “
Ein weiterer Vorteil der Untersuchung dieser Objekte besteht darin, wie sie Astronomen helfen, potenziell gefährliche Objekte (PHOs) besser zu verstehen. Dieser Begriff wird verwendet, um Asteroiden zu beschreiben, die regelmäßig die Erdumlaufbahn überqueren und ein Kollisionsrisiko darstellen. Während sie ähnliche Beobachtungseigenschaften wie TCOs haben, können sie allein anhand ihrer Umlaufbahnen unterschieden werden.
Fedorets betonte natürlich, dass TCOs zwar Monate in geozentrischen Umlaufbahnen verbringen, eine mögliche Mission zur Untersuchung einer dieser Umlaufbahnen jedoch eine schnelle Reaktion sein müsste. Glücklicherweise entwickelt die ESA eine solche Mission in Form ihres „Comet Interceptor“, der in eine stabile Umlaufbahn im Winterschlaf gebracht und aktiviert wird, sobald ein Komet oder Asteroid die Erdumlaufbahn betritt.
Ein besseres Verständnis der temporären Satelliten der Erde, potenziell gefährlicher Objekte und erdnaher Asteroiden ist nur einer von vielen Vorteilen, die von Teleskopen der nächsten Generation wie dem LSST erwartet werden. Diese Instrumente werden es uns nicht nur ermöglichen, weiter und klarer zu sehen (wodurch unser Wissen über unser Sonnensystem und den Kosmos erweitert wird), sondern sie könnten uns auch helfen, unser langfristiges Überleben als Spezies sicherzustellen.
