Od świecącego punktu do planetoidy

Jasny punkt wyraźnie poruszający się względem gwiazd tła na sekwencji czterech fotografii wykonanych podczas jednej nocy obserwacyjnej przez Catalina Sky Survey obok Tucson w Arizonie, to mała planetoida, która znajdowała się od nas w odległości porównywalnej do tej, jaka dzieli Ziemię i Księżyc.

Pierwszego dnia roku 1801 włoski astronom Gioacchino Giuseppe Maria Ubaldo Nicolò Piazzi dostrzegł nieskatalogowaną wcześniej „maleńką gwiazdę” w okolicach gwiazdozbioru Byka. Kolejnej nocy Piazzi ponownie zaobserwował nowo odnaleziony obiekt odkrywając, że zmienił on swoje położenie względem pobliskich gwiazd. Piazzi wiedział, że gwiazdy są odległe na tyle, że nigdy się nie poruszają – na niebie zawsze wydają się nie zmieniać położenia względem siebie. Ze względu na zaobserwowany ruch, astronom Królestwa Obojga Sycylii stwierdził, że zobaczył coś o wiele bliższego – coś w Układzie Słonecznym. Piazzi jako pierwszy w historii odkrył planetoidę. Nazwał ją imieniem rzymskiej bogini urodzaju, Ceres.

Choć astronomowie za czasów Piazziego rozumieli już, że wiele małych ciał skalistych czeka na odkrycie, to dziesiątki lat po dostrzeżeniu Ceres wykrywanie planetoid nadal było rzadkością. Nawet pół wieku po odkryciu Piazziego znano ich jedynie 15. Z czasem rozwinęły się jednak nowe narzędzia, techniki i zainteresowanie polowaniem na te obiekty. W roku 1868 liczba znanych planetoid osiągnęła 100. Do roku 1923 odkryto ich 1 000. Dziś znamy ich ponad pół miliona.

W uznaniu dla znaczenia tych obiektów ONZ ustanowiło 30 czerwca Międzynarodowym Dniem Planetoid.

Większość planetoid znajduje się w odległości większej od Słońca niż Merkury – ponad 1,5 razy dalej od niego niż orbita Ziemi. Planetoidy zbliżające się do naszej gwiazdy na odległość bliższą niż 1,3 odległości Ziemia-Słońce nazywane są planetoidami bliskimi Ziemi. Pojęcie „bliska Ziemi” jest w przypadku planetoid nieco mylące, gdyż większość tych ciał wcale nie zbliża się do naszej planety. Na dzień dzisiejszy znamy ich 16 000. Planetoidy bliskie Ziemi oraz komety zaglądające w okolicę ziemskiej orbity wspólnie nazywane są obiektami bliskimi Ziemi (ang. Near-Earth Objects, NEO).

Dzięki nowym technologiom, lepszym technikom poszukiwawczym oraz poszukującym ich zespołom astronomów i astroamatorów, liczba znanych NEO powiększa się każdej nocy o około 5.

Zastanawialiście się kiedyś, w jaki sposób odkrywa się te niewielkie ciała niebieskie?

„Zwykle zaczyna się jak za czasów Piazziego, czyli od świecącego punktu w teleskopie astronoma”, powiedział Paul Chodas, kierownik Centrum Badań Nad Obiektami Bliskimi Ziemi (ang. Center for Near-Object Studies, CNEOS) w Jet Propulsion Laboratory agencji NASA w kalifornijskiej Pasadenie. „Nawet w okularach najpotężniejszych teleskopów optycznych na świecie, zajmujących się polowaniem na planetoidy, wydają się one ledwie punkcikami światła na niebie, ponieważ są bardzo małe. Gdy astronom odnajdzie poruszający się punkt, wówczas zaczyna się zabawa.”

Biuro Koordynacji Ochrony Planetarnej znajdujące się w siedzibie NASA w Waszyngtonie odpowiedzialne jest za odnajdywanie, śledzenie i opisywanie potencjalnie niebezpiecznych planetoid, wydając ostrzeżenia o możliwych zderzeniach i koordynując pracę amerykańskich władz w przypadku rzeczywistego zagrożenia. Wykrycie nowej planetoidy odbywa się niemal zawsze przy pomocy teleskopów finansowanych przez NASA.

Biuro nadzoruje Program Obserwacji NEO, który finansuje projekty Catalina Sky Survey w Arizonie oraz Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System (Pan-STARRS) na Hawajach. Oba projekty unowocześniły swoje teleskopy w 2015 roku, znacznie podnosząc współczynniki wykrywalności planetoid i NEO.

„Teleskopy finansowane przez instytucje zewnętrzne, a nawet przez amatorów, również zaangażowane są w odkrywanie NEO i podejmują się innych prac związanych z asteroidami”, powiedział Chodas. „Jednak obecnie Catalina i Pan-STARRS to najpotężniejsze instrumenty wykrywające planetoidy. Dzięki ich czterem teleskopom dokonuje się 90 procent odkryć NEO.”

Serce każdego z tych teleskopów badawczych to najnowocześniejsza wersja takiego samego sensora (matrycy CCD), jaki znajduje się w naszych telefonach. Z wyjątkiem deszczowych i śnieżnych dni oraz okresów pełni Księżyca (gdy jego światło przyćmiewa delikatnie świecące planetoidy), profesjonalni obserwatorzy pracujący przy projektach Catalina i Pan-STARRS obserwują niebo każdej nocy, podczas której pojawi się przerwa w pokrywie chmur na tyle duża, aby można było wykonać fotografie nieba o 30-sekundowej ekspozycji.

Astronomowie poszukują świecących punktów poruszających się względem bardziej odległych i nieruchomych gwiazd tła. Aby je odnaleźć wykonują trzy lub więcej fotografii tego samego obszaru w kilkuminutowych odstępach. Podczas udanej nocy badacze uzyskują kilkaset obrazów nieba.

Gdy astronomowie odnajdą punkt, który na serii zdjęć wydaje się poruszać w wybranym rejonie nieba, sprawdzają, czy znajduje się on na przewidzianej pozycji któregoś ze znanych obiektów z katalogu prowadzonego przez Centrum Małych Ciał Układu Słonecznego (ang. Minor Planet Center, MPC) w Cambridge w Massachusetts, finansowanym przez NASA. Jeśli nowo odnaleziony, poruszający się punkt nie pokrywa się z przewidywaną pozycją i ruchem żadnego z obiektów bazy MPC zawierającej znane planetoidy i komety, istnieje spora szansa, że dokonano nowego odkrycia – co wiąże się z koniecznością dalszych obserwacji.

Wykrywanie planetoid jest przede wszystkim zajęciem dla komputerów, jednak rozważny astronom sprawdza wyniki upewniając się, czy świecący punkt nie jest odbiciem światła pobliskiej gwiazdy albo wadą piksela na matrycy CCD. W przypadku pewności, że odkryty został kosmiczny kamień, astronom przenosi współrzędne obiektu (nazywane danymi astrometrycznymi) na stronę MPC, gdzie obiekt otrzymuje tymczasowy identyfikator – jak YL9E0A0. MPC ustala też wstępną (przybliżoną) orbitę czekającego na potwierdzenie NEO.

CNEOS posiada system o nazwie Scout, który aktywnie monitoruje stronę MPC, automatycznie przetwarzając dane potencjalnych planetoid i kalkulując możliwy zakres przyszłych ruchów obiektu zanim jeszcze odkrycie zostanie potwierdzone.

„Jeśli nasze obliczenia wskazują, że nowy obiekt może zbliżać się do Ziemi, wzywamy posiłki”, powiedział Chodas. „NASA posiada światową sieć astronomów, którzy dokonują uzupełniających obserwacji. Opierając się na danych astrometrycznych, próbują odnaleźć świecący punkt. Jeśli im się to uda, ustalają jego współrzędne i przesyłają je z powrotem do MPC, gdzie zostają one dodane to informacji o obiekcie. Ustalenia te są niezwykle ważne, bo mają istotny wkład w wyznaczenie orbity nowego ciała.”

Zwykle wystarczą dwie lub trzy noce obserwacji, aby zebrać o nowym obiekcie wystarczającą ilość informacji, które następnie posłużą MPC do ustalenia, czy świecący punkt to rzeczywiście NEO. Gdy do tego dojdzie, MPC usuwa obiekt ze strony, zmienia tymczasowy identyfikator i nadaje mu bardziej permanentną nazwę rozpoczynającą się zawsze rokiem odkrycia i zawierającą kod alfanumeryczny uwzględniający, w jakim miesiącu oraz w której jego połowie odkrycia dokonano, oraz dodatkową sekwencję znaków. Następnie MPC generuje komunikat zwany Minor Planet Electronic Circular zawierający wszystkie znane dane astrometryczne i wstępną orbitę obiektu. Odkrycie obiektu zostaje zakomunikowane przez MPC w e-mailu skierowanym do wszystkich zainteresowanych.

„Oczywiście, że jesteśmy zainteresowani”, powiedział Chodas. „A zainteresowanie nie znika nawet po ogłoszeniu odkrycia, bo zabawa w polowanie na planetoidy i komety ma długą perspektywę. Im więcej informacji o obiekcie niebieskim zdobędziemy – czy to nowym, czy znanym – tym większą wiedzę o jego orbicie uzyskamy.”

Wszystkie nowe orbity zostają automatycznie przekazane komputerowemu systemowi NASA o nazwie Sentry, który codziennie oblicza orbity planetoid i komet, łącznie z przyszłymi zbliżeniami, i ich prawdopodobieństwo zderzenia z Ziemią.

„NASA wiedzie prymat w badaniach nad NEO, ale nie spoczywamy na laurach”, powiedział Lindley Johnson, szef Biura Ochrony Planetarnej. „Pojawiają się nowe systemy optyczne, powstają nowe programy komputerowe, badamy nowe technologie, zarówno naziemne jak i kosmiczne, które jeszcze bardziej przyspieszą odkrycia, opis i analizę orbitalną tych potencjalnych zagrożeń.”

Źródło: JPL/NASA