Es ist eine bekannte astronomische Konvention, dass die Erde nur einen natürlichen Satelliten hat, der (etwas unkreativ) als 'Mond' bekannt ist. Astronomen wissen jedoch seit etwas mehr als einem Jahrzehnt, dass die Erde auch eine Population von sogenannten „transienten Monden“ hat. Dies ist eine Untermenge von Near-Earth Objects (NEOs), die vorübergehend von der Schwerkraft der Erde aufgenommen werden und Umlaufbahnen um unseren Planeten einnehmen.
nach a neue Studie von einem Team finnischer und amerikanischer Astronomen konnten diese temporär gefangenen Orbiter (TCOs) mit dem Großes synoptisches Vermessungsteleskop (LSST) in Chile – die voraussichtlich 2020 in Betrieb gehen soll. Durch die 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 erschienen ist Ikarus , wurde von Grigori Fedorets geleitet – einem Doktoranden der Fakultät für Physik der Universität Helsinki. Er wurde von Physikern der Luleå University of Technology, der University of Washington, unterstützt Datenintensive Forschung in Astrophysik und Kosmologie (DIRAC) Institute und der University of Hawaii.
Künstlerische Darstellung des NEO Doppelasteroiden 1999 KW4. Bildnachweis: ESO
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. Alle zwanzig Jahre nähert es sich dem Erde-Mond-System sehr nah und wird vorübergehend von der Erdanziehungskraft eingefangen.
Nachfolgende Beobachtungen von NEOs – wie Asteroid 1991 VG und Meteor EN130114 – fügten dieser Theorie weiteres Gewicht hinzu und ermöglichten es Astronomen, die TCO-Populationen einzuschränken. Dies führte zu dem Schluss, dass temporär eingefangene Satelliten in zwei Populationen vorkommen. Auf der einen Seite gibt es TCOs, die beim Einfangen mindestens eine Umdrehung um die Erde machen.
Zweitens gibt es temporär erfasste Vorbeiflüge (TCFs), die während der Erfassung weniger als einer Umdrehung entsprechen. Laut Fedorets und seinen Kollegen sind diese Objekte ein attraktives Ziel für Forschung und Rendezvous mit Raumfahrzeugen – entweder in Form von CubeSat-großen Missionen oder größeren Raumfahrzeugen, die Probenrückgabemissionen durchführen könnten.
Zunächst einmal würde die Untersuchung dieser Objekte es Astronomen ermöglichen, die Größe und Häufigkeit von NEOs einzuschränken, deren Größe von 1/10 Meter bis 10 Meter Durchmesser reicht, was nicht gut verstanden wird. Normalerweise sind diese Objekte für die meisten Teleskope und Techniken zu klein und zu lichtschwach, um effektiv zu beobachten.
Bei der Überwachung und Untersuchung dieser besonderen Klasse von NEOs kommt der 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 entdecken sind. Wie Fedorets Universe Today per E-Mail sagte:
„Selbst für LSST wird die überwiegende Mehrheit der vorübergehenden Monde zu schwach sein, um sie zu entdecken. Es wird jedoch die einzige Vermessung sein, die in der Lage ist, regelmäßig vorübergehende Monde zu entdecken… Zu den Merkmalen von LSST, die sich besonders für die TCO-Erkennung eignen, gehören: ein großes Sichtfeld; Grenzhelligkeit V=24,7, die die Erkennung von schwachen Objekten ermöglicht; Betriebsmodus mit aufeinanderfolgenden Beobachtungen und schneller Verfolgung des gleichen Felds zunächst in derselben Nacht, um sich schnell bewegende gezogene Objekte zu identifizieren.“
Nach seiner Inbetriebnahme wird das LSST-Teleskop eine 10-Jahres-Durchmusterung durchführen, die einige der dringendsten Fragen zur Struktur und Entwicklung des Universums beantworten wird. Dazu gehören die Mysterien der Dunklen Materie und der Dunklen Energie sowie die Entstehung und Struktur der Milchstraße. Es wird auch dem Sonnensystem Beobachtungszeit widmen, in der Hoffnung, mehr über die Populationen kleiner Planeten und NEOs zu erfahren.
Um zu bestimmen, 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 vom Caltech und Kollegen durchgeführt wurde und in der sie die astronomischen Einrichtungen der aktuellen und der nächsten Generation bewerteten. Es war diese Studie, die darauf hinwies, dass der LSST bei der Erkennung von vorübergehenden Monden äußerst effektiv sein würde.
Künstlerische Darstellung des Large Synoptic Survey Telescope. Bildnachweis: lsst.org
Für ihre Studie überlegte Fedorets die Arbeit von Bolin und führte eine eigene Analyse durch. Wie er es beschrieb:
„[Eine] synthetische Population von transienten Monden wurde durch die LSST-Zeigesimulation laufen gelassen. Die erste Analyse ergab, dass das Moving Object Processing System von LSST in vier Jahren (Kadenz von drei Erkennungen über einen Zeitraum von 15 Tagen) nur drei Objekte erkennen konnte. Dies schien eine kleine Zahl zu sein, daher führten wir zusätzliche Analysen durch. Wir wählten alle Beobachtungen mit mindestens zwei Beobachtungen aus und führten eine Bahnbestimmung und Bahnverknüpfung mit alternativen Methoden zu MOPS durch. Diese spezielle Behandlung erhöhte die Zahl der beobachtbaren vorübergehenden Mondkandidaten um eine Größenordnung.“
Am Ende kamen Fedorets und sein Team zu dem Schluss, dass die Verwendung des LSST und moderner automatischer Asteroiden-Identifikationssoftware – aka. ein Moving-Object-Processing-System (MOPS) – einmal im Jahr konnte ein TCO entdeckt werden. Diese Rate könnte auf eine TCO alle zwei Monate erhöht werden, wenn zusätzliche Softwaretools speziell für die Identifizierung von TCOs entwickelt werden, die ein Basis-MOPS ergänzen könnten.
Letztendlich wird die Untersuchung der Gesamtbetriebskosten für Astronomen aus einer Reihe von Gründen von Vorteil sein. Zunächst einmal besteht eine Lücke zwischen der Untersuchung größerer Asteroiden und kleinerer Bolide – kleiner Meteore, die regelmäßig in der Erdatmosphäre verglühen. Diejenigen, die dazwischen liegen, die normalerweise einen Durchmesser zwischen 1 und 40 Metern (~3 bis 130 Fuß) haben, sind derzeit nicht stark eingeschränkt.
„Transiente Monde sind eine gute Population, um diesen Größenbereich einzuschränken, da sie in diesen Größenbereichen regelmäßig erscheinen und mit LSST erkannt werden sollten“, sagt Fedorets. „Außerdem sind TCOs hervorragende Ziele für [in-situ] Missionen. Sie wurden „kostenlos“ in die Nähe der Erde geliefert. Daher ist eine relativ geringe Kraftstoffmenge erforderlich, um sie zu erreichen. Potenzielle Missionen könnten als In-Situ-Vorbeiflug-Missionen (z. B. der CubeSat-Klasse) oder als erste Schritte bei der Nutzung von Asteroidenressourcen konzipiert werden.“
Ein Künstlerüberblick über das Missionskonzept für die Raumsonde Comet Interceptor, die aus der Nähe der Erde zu einem Rendezvous mit einem langperiodischen Kometen oder interstellaren Objekt aus dem äußeren Sonnensystem fliegen wird. Bildnachweis: ESA
Ein weiterer Vorteil der Untersuchung dieser Objekte besteht darin, dass sie Astronomen helfen werden, potenziell gefährliche Objekte (PHOs) besser zu verstehen. Dieser Begriff wird verwendet, um Asteroiden zu beschreiben, die periodisch die Erdumlaufbahn durchqueren und eine Kollisionsgefahr darstellen. Obwohl sie ähnliche Beobachtungsmerkmale wie TCOs aufweisen, können sie allein anhand ihrer Umlaufbahnen erkannt werden.
Natürlich betonte Fedorets, dass TCOs zwar Monate in geozentrischen Umlaufbahnen verbringen, eine mögliche Mission zur Untersuchung einer von ihnen jedoch schnell reagieren muss. Glücklicherweise entwickelt die ESA eine solche Mission in Form ihres „Comet Interceptor“, der in eine stabile Winterschlafbahn geschossen und aktiviert wird, sobald ein Komet oder Asteroid in die Erdumlaufbahn eintritt.
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 uns nicht nur ermöglichen, weiter und klarer zu sehen (und damit unser Wissen über unser Sonnensystem und den Kosmos zu erweitern), sie könnten uns auch helfen, unser langfristiges Überleben als Spezies zu sichern.
Weiterlesen: Ikarus
