Nalazimo se na samo par koraka od asteroida Ryugu! 'Hayabusa 2'je 26. februara 2018. uspešno slikala asteroid koristeći teleskopsku kameru ONC-T (Optical Navigation Camera – Telescopic). Pošto se asteroid i dalje vidi samo kao sjajna tačkica, to je vrlo obespokojavajuće za sve timove projekta 'Hayabusa 2'...
 |
 |
Ovo je serija od devet slika snimljenih od 12:00 do 15:00 26. februara 2018. sa daljine od 1,3 mil. km. Nebesko telo koje se pomera s leva na desno je Ryugu. Vidno polje slike je 0,8°. Sonda vidi svoju metu kao objekat 9. magnitude
Kamera ONC-T(Optical Navigation Cameras – Telescopic). Ima vidno polje 5,4°×5,4°, 1 Mpix i 5 filtera. Postoje na brodu još dve navigacione kamere.
Pozicija japanske 'Hayabuse 2'ja jonski pogon dana 26. februara skinuta sa websiteamisije.
Niko za sada ne zna kako Ryugu stvarno izgleda. Čak ni rukovodioci misije, na čelu sa Yuichijem Tsudom, zajedno sa ekspertima iz celog sveta, nemaju pojma! To je jedan od razloga zbog kojih je pokrenut konkursu kome možeš da daš svoj odgovor na pitanje šta zamišljaš da će ugledati 'Hayabusa 2'kad stigne do asteroida. Ali šta uopšte znamo o Ryuguu i zašto je tako teško utvrditi kako izgleda? U analizi ono malo prikupljenih znanja o ovom asteroidu pomoćiće nam dr Makoto Yoshikawa, menadžer misije iz Instituta za kosmos i astronautiku ISAS.
Napominjem da su objašnjenja malo duža i možda malo tehnička, ali šta da radim – ipak se radi o kosmičkim temama.
UVOD
Zašto ne možemo da vidimo kako asteroid izgleda?
Glavni razlog zbog koga još uvek ne razumemo Ryugu je zato što nam asteroidi izgledaju kao tačke čak i kada se posmatraju kroz velike teleskope. To može da izgleda čudno! Kako je moguće da možemo da gledamo galaksije desetinama miliona pa čak i milijardi svetlosnih godina daleko, a ne možemo da utvrdimo oblik nebeskih tela unutar solarnog sistema? Ali prost račun nam pokazuje zašto je to tako.
Zamislimo jedan asteroid veličine 1 km na daljini Meseca, koji je oko 380.000 km udaljen od Zemlje. Prividna veličina (koliko je velik nama na Zemlji) iznosi oko 0,5 lučnih sekundi (arcsec), što je zapravo veličina ugla pod kojim se asteroid vidi na nebu. Ugao od 1 sekunde je 1/3600. deo 1 stepena, tako da 0,5 arcsec pokriva samo polovinu te ionako ništavne površine! Čak i kroz velike teleskope sa Zemlje tako mali objekti izgledaju kao tačke, čak i da se asteroid nalazi na Mesečevoj orbiti. Normalno, asteroidi se nalaze mnogo dalje od Meseca te predstavljaju još sitnije tačkice. Zarad poređenja, prečnik Meseca je oko 3.500 km, što je oko 0,5 stepeni (30 minuta, ili 1800 arcsec) kada se gleda sa Zemlje. Eliptična galaksija M87, u jatu galaksija Virgo, udaljena 60 miliona svetlosnih godina, ima prividnu veličinu od oko 7 minuta (420 arcsec). To je dovoljno veliko da možemo da vidimo oblik galaksije kroz teleskop.
Kako možemo da utvrdimo oblik asteroida?
Kako onda možemo da saznamo oblik asteroida a da mu ne prilazimo mnogo bliže? Postoje dva različita metoda za određivanje oblika sa daljine. Prva je određivanje oblika na osnovu procenjivanja promena sjaja asteroida. Asteroid sija na osnovu reflektovane Sunčeve svetlosti. Kao i Zemlja, oni takođe rotiraju oko sopstvene ose. Ako asteroidi imaju nepravilni oblik, sjaj asteroida se menja usled rotacije asteroida i različitosti površina koje se osvetljavaju. Taj podatak promene sjaja se zove 'kriva osvetljenosti'. Prikupljanjem brojnih krivih i na osnovu informacija o brzini rotacije i orijentacije ose moguće je pronaći oblik asteroida. Drugi metod određivanja oblika je uz pomoć radara.
PRIMER: ASTEROID ITOKAWA
Kao primer metoda za određivanje oblika asteroida, uzmimo za primer asteroid koji je istražio prvi 'Hayabusa'. Bio je to asteroid Itokawa. Pre nego što je dobila pravo ime, Itokawa je originalno nosila oznaku '1998 SF36'. Ova šifra se naziva 'provizornom oznakom'. Da ne objašnjavam sada šta koji broj ili slovo znače, jasno je da je '1998' godina otkrića.
Istraživač asteroida, 'Hayabusa', takođe je imala šifrovano ime i pre lansiranja se zvala 'MUSES-C'. Mnoga osmatranja 1998 SF36izvršena su tek nakon što je asteroid odabran kao destinacija sonde 'MUSES-C', a najvažnije je bilo posmatranje krive osvetljenosti.
Kriva osvetljenosti asteroida 1998 SG36, posmatranog 2001.
Horizontalna osa predstavlja rotacionu fazu i pokriva jednu kompletnu rotaciju. Na vertikalnoj osi su relativne vrednosti asteroidnog sjaja.
Čim je odlučeno da će asteroid 1998 SF36biti nebesko telo koje će izučavati 'MUSES-C', postao je fokus intenzivne osmetračke kampanje. Na osnovu krive osvetljenosti otkriveno je da asteroidu treba oko 12 sati da načini jednu rotaciju. Takođe je mogao da se predvidi oblik asteroida, što je prikazano na doljoj slici.
Procena oblika asteroida 1998 SF36na osnovu krive osvetljenosti.
Kriva osvetljenosti je otkrila da je asteroid izduženog oblika, ali bez nekakvih detalja. Zato su Japanci pristupili radarskom osmatranju. Radarska osmatranja se baziraju na reflektovanju radio talasa od površine asteroida. To je potpuno isti princip koji se koristi i u vazdušnom saobraćaju. Razlika je jedino u tome što je asteroid jako daleko. Zato je potrebno emitovati vrlo snažne radio talase, ali su odbijeni talasi ipak toliko slabi da su potrebne velike antene da ih uhvati. Za radarska snimanja asteroida, radio talasi se šalju se parabolične antene prečnika 70 metara koja se nalazi u Goldstounu, u Kaliforniji, dok one odbijene prima antena Aresibou Portoriku prečnika 305 metara.
Prva radarska osmatranja 1998 SF36izvršena su od marta do aprila 2001. U to vreme, asteroid se nalazio na 0,038 AJ od Zemlje, tj. na 5,7 miliona kilometara. Sledeće slike prikazuju oblika asteroida procenjen na osnovu tih podataka.
Nakon tih osmatranja, 'MUSES-C' je lansiran 9. maja 2003. Čim je potvrđeno da je lansiranje bilo uspešno, letilica je dobila ime 'Hayabusa'. Asteroid 1998 SF36je u avgustu 2003. imenovan kao 'Itokawa', po dr Hideu Itokawi, koji se smatra ocem japanskog raketarstva. Pošto je 1998 SF36otkriven posredstnom američkog projekta LINEAR, oni su imali prioritet u davanju imena objektu. Ali Japanci su zamolili LINEAR da prihvate ime Itokawa, što je kasnije prihvatila i međunarodna organizacija IAU.
Pre nego što je 'Hayabusa'stigla do cilja, radarsko osmatranje je ponovljeno. To je učinjeno u junu 2004, kada je Itokawa bila samo 0,013 AJ (oko 2 mil. km) daleko od Zemlje. Procena oblika je data na sledećoj grafici.
'Hayabusa'je stigla na Itokawu u septembru 2005. (na način koji sam opisao u jednij od meni najdražih knjiga objavljenih na ovom sajtu), što znači da je snimanje urađeno pre dolaska na cilj. To je značilo da su naučnici već raspolagali sa značajnom količinom informacija o asteroidu pre nego što je njihov aparat sigao do asteroida. Međutim, niko nije imao pojma kakvo ih stanje očekuje na površini (a trebalo je sleteti i u letu pokupiti uzorke!). Kada je 'Hayabusa'konačno stigla, postali su vidljivi brojni krateri. Površina Itokawe je toliko bila prepuna nepravilnosti, da su svi bili zatečeni!
U računarskom modelu oblika, vidimo da je oblik asteroida značajno unapređeni da je postao mnogo precizniji. Ali kada se uporedi sa pravom slikom Itokawe, lako vidimo da je asteroid potpuno drugačiji od onoga što su kontrolori misije očekivali!
PRIMER: KOMETA 67P
Možemo da uzmemo i primer komete 67P/Čurjumov-Gerasimenko, koja je od 2004. bila destinacija evropske sonde 'Rosetta', o čijoj zanimljivoj ekspediciji postoji na sajtu odlična e-knjiga.U ovom slučaju, kometa je bila posmatrana Hablovim teleskopom a njen oblik je procenjen ovako:
Ipak, to je bilo daleko od onoga što je 'Rosetta'snimila kada je 2014. stigla do Čurjumov-Gerasimenko. Sledi slika kako kometa stvarno izgleda.
Šta je sa asteroidom Ryugu?
Iz primera Itokawe i 67P/Čurjumov-Gerasimenko, lako uočavamo da se pretpostavljeni oblici koje dobijamo na Zemlji veoma razlikuju od stvarnog oblika nebeskih tela! Kakav je slučaj sa asteroidom Ryugu koji će uskoro 'Hayabusa 2'da istražuje punih 17 meseci? Pokušaću da navedem sve ono što se trenutno zna o asteroidu, ali treba imati na umu da ništa nećemo pouzdano saznati sve dok sonda za 2 meseca ne stigle do cilja. Kada pročitaš sve, možda će ti biti lakše da zamisliš Ryugu...
Otkriće asteroida
Asteroid je otkriven u maju 1999. u okviru američkog projekta LINEAR[1]; istog projekta koji je otkrio i Itokawu i kometu 11P/Tempel-Swift. Provizorna oznika asteroida je glasila 1999 JU3, sa trajnim kataloškim brojem 162173 dodeljenim čim je precizirana asteroidska orbita. 1999 JU3se našao na listi mogućih destinacija misije od 2006, kada je misija 'Hayabusa 2'prvi put ozbiljno razmatrana.
Asteroid je dobio ime 'Ryugu'u septembru 2015, skoro godinu dana nakon što je 'Hayabusa 2'uspešno lansirana sa rampe u Tanegašimikrajem 2014. Ime je odabrano na konkursu koji je organizovala JAXA, a uzeto je iz jedne japanske narodne priče. U priči, Urašima je bio ribar koji je spasio kornjaču od obesne dece. Za nagradu, kornjača je povela Urašimu u podvodni dvorac poznat kao 'Ryugu', ili 'Zmajeva paklata'. Tu se zaljubio u princezu koja ga je molila da ostane, ali nakon tri dana ribar je poželeo da se vrati na površinu. Kao poklon, princeza mu je dala kutiju ali da obeća da je nikad neće otvoriti. Kada se vratio kući, Urašima se zgranuo kada je video da je proteklo 300 godina i da su svi njegovi pomrli. U očaju je otvorio kutiju, a odatle je izašla magla koja ga je svog obavila. Kada se razišla, video je da je postao starac, jer su u kutiji bile njegove godine...
'Hayabusa 2'putuje ka asteroidu za koji se veruje da se nije promenio od nastanka solarnog sistema. Kao što je Urašima pronašao svoju prošlost u kutiji sa Ryugue, 'Hayabusa 2'će doneti sa asteroida kutiju koja će sadržati uzorke izgubljene prošlosti Sunčevog sistema.
Ime je zvanično prihvaćeno na osnovu predloga LINEAR-a Međunarodnoj asocijaciji IAU.
Orbita Ryugua je slična Itokawi i nalazi se između Zemlje i Marsa kao što se vidi dalje:
Orbita asteroida Ryugu i Itokawa.
Procena veličine
Kada se odredi orbita, sledeća briga je veličina asteroida. Neko bi pomislio da je veličinu moguće proceniti na osnovu sjaja. Sada kada znamo orbitu Ryugua, poznajemo udaljenost od Zemlje tokom osmatranja. Lako se da zaključiti da bi veličina trebala da bude povezana sa uočenim sjajem. Ali nažalost nije tako! Problem je u tome što ne znamo koju količinu svetlosti asteroid reflektuje. Npr, ako je Ryugu taman asteroid, on će reflektovati jako malo svetlosti, ali ako je brizu bele boje, onda će površina dobro i puno reflektovati. Ta veličina se zove 'albedo'. Ako je albedo nepoznat, nemoguće je proceniti veličinu asteroida na osnovu svetlosti koju viidimo.
Najbolja za procenu asteroida su infracrvena osmatranja. Zagrejani Suncem, asteroidi emituju infracrvenu svetlost i, za razliku od vidljive svetlosti, sjaj u infracrvenom spektru ne livearno povetan sa veličinom. Mereći koliko biva emitovano infracrvene svetlosti i poredeći je sa vidljivom svetlošću, moguće je izmeriti asteroidski albedo. Ryugu je posmatrao japanski infracrveni satelit, 'Akari'(ASTRO-F) (Izveštaj tih osmatranja na japanskom je dat ovde.)
'AKARI' sa teleskopom Ø68 cm ohlađenim na 6 K lansiran je 2006. Satelit je služio i za slikanje i kao spektroskop.
Različita osmatranja su na kraju dovela do prvih procena veličine Ryugua i ona kaže da mu je prečnik oko 900 metara, sa albedom (refleksivnošću) oko 0,05. Albedo skala kaže da ako je vrednost 0 onda znači da ne odbija nimalo svetlosti, a ako je 1 onda znači da odbija celokupnu svetlost. Albedo od 0,05 znači da se samo 5% sletlosti reflektuje, što znači da se radi o vrlo tamnom objektu.
Procena oblika
Od kada je postalo jasno da će Ryugu biti meta budućeg istraživanja, istražene su brojne krive osvetljenosti. To je omogućilo da se odredi asteroidov rotacioni period (vreme 1 rotacije) i oblik. Procenjene krive svetlosti Ryugua je prikazan dole:
Krive asteroida 1999 JU3tokom 2007-2012. Vertikalna osa predstavlja relativnu osvetljenost a horizontalna rotacionu fazu. Utvrđeno je da se rotacija ponavlja svakih 7,6275 sati. Vertikalne crte iznad svake tačke prikazuje granicu greške (nesigurnost u mernoj veličini).
Poredeći vrednosti krivih osvetljenosti na Itokawi iz prve tabele u ovoj priči, videćeš da se vrednosti osvetljenosti Ryugua vrlo malo razlikuju. Odatle sledi zaključak da oblik Ryugua nije izdužen već više okrugao.
Kombinujući oblik i veličinu Ryugua, moguće je skicirati asteroid:
Poređenje veličine Ryugua sa Itokawom i dve tokijske referentne kule.
Bilo je nekoliko verzija oblika Ryugua. Ovako izgleda najnovija procena:
Procena oblika Ryugua koju su uradiliMüller i saradnici.
Okruglasti oblik Ryugua podseća na nekakav kolač! Za Itokawu, oblik je mogao da se potvrdi radarskim osmatranjima pre nego što je do njega stigao 'Hayabusa'. Nažalost, to nije bilo moguće za Ryugu jer ne prolazi dovoljno blizu Zemlji za radarska osmatranja. U februaru 2008. Ryugu je bio na 0,16 AJ (24 mil. km) od Zemlje, ali i to je bilo predaleko za radar. U decembru 2020. Ryugu će proleteti pored nas na samo 0,06 AJ (9 mil. km), ali otprilike u to vreme 'Hayabusa 2' će se već vratiti na Zemlju!
Rotacija Ryugua
Preko krive osvetljenosti asteroida, izračunat je vrlo precizno period rotacije. Asteroid napravi jedan krug za 7,6275 sati odn. okrene se jednom na svakih 7 sati i 38 minuta. Međutim, procena orijentacije te rotacije (pravac ose) vrlo je problematična. U slučaju Itokawe, oblik je bio duguljast i vitak, što je olakšavalo procenu pravca ose. Ali pošto je Ryugu skoro okrugla, teško je odrediti kako se asteroid okreće. Nažalost, nema radarskih informacija koja bi nam pomogla. Na prethodno prikazanom modelu, osa je okrenuta 340 stepeni ekliptične dužine i -40 stepeni širine.
Ekliptična dužina i širina su vrednosti 'ekliptičnog koordinatnog sistema'. Da ne objašnjavam mnogo, ali brojevi su slični dužini i širini na globusu. Ekvator na globusu odgovara orbitnoj ravni Zemlje oko Sunca, i ima ekliptičnu širinu 0. Procenjeno je da osa rotacije Ryugua ima ekliptičnu širinu -40°, i to nam pravi stanovite probleme. Da je širina bliska 90° ili -90°, onda bi osa rotacije bila normalna na ravan orbite. 'Hayabusa' i 'Hayabusa 2' lete duž orbitne ravni, što omogućava da vide veći deo asteroidne površine kako ovaj rotira. Takbva orijentacija je najlakša za osmatranje asteroida. Itokawa ima ugao ose rotacije od skoro -90 stepeni, što ju je učinilo vrlo lakom za istraživanje. Međutim, ako je osa rotacije stvarno nagnuta za -40°, onda će 'Hayabusa 2' videti samo deo površine. To je slično gledanju nečeg što se okreće odozgo. U tom slučaju, biće neophodno pažljivo praviti raspored osmatranja asteroida
Obzirom da je moguće da je vrednost nagiba ose Ryugua netačna, 'Hayabusa 2' će prvo prići asteroidu i mesecima pratiti rotaciju. Tako će se doći do vrlo preciznih podataka o osi rotacije. U zavisnosti od tih merenja orijentacije, moguće je da će se trenutni raspored misije drastično promeniti.
Spektar Ryugua
Postojalo je nekoliko razloga zbog kojih je Ryugu (tada 1999 JU3) odabran za krajnju destinaciju 'Hayabuse 2'. Prvi je bio što je orbita asteroida pogodna za posetu i povratk na Zemlju. Drugi razlog je što je Ryugu asteroid C-tipa. Veruje se da su takvi asteroidi roditelji meteorita (koji padaju na Zemlju) nazvanih 'ugljenični hondriti'. Veruje se da sadrže organska jedinjenja i vodu. Istraživanje takvih elemenata je glavni naučni fokus 'Hayabuse 2', tako da je asteroid C-tipa odličan izbor.
Referenca: asteroid Bennu
'OSIRIS-REx' je američka sonda za uzimanje uzoraka[2] koja treba da stigne na asteroid Bennu (101955 Bennu) krajem leta 2018. Pošto je za Bennu moguće radarsko osmatranje Bennua, njegov oblike se dobro (ili 'dobro'?) procenjuje. Ima prečnik oko 490 metara i rotira svakih 4,3 sata. Uz to, osa rotacije je skoro normalna na ravan ekliptike. (Ameri izabrali zicer! Zato navijam za Japance!!!)
Procenjen oblik asteroida Bennu i radarski snimak (levo).
[1]Projekat koji delom finansira vojska, i koji je otkrio preko 231.000 malih tela solarnog sistema, od čega su najmanje 2.423 NEA asteroidi a 279 su komete. Glavni instrumenti se nalaze u pustinji u Novom Meksiku.
[2]Sonda je treći član Nasinog programa 'New Frontier' u koju spadaju 'Juno' i 'New Horizons'. Sonda košta oko \(800 miliona, bez rakete ('Atlas V 411') koja je malo ispod \)200 miliona. Lansirana je 2 godine posle 'Hayabuse 2', ali će ući u orbitu asteroida mesec dana posle Japanca. Uz to, aparat je 3,5 puta veći od 'Hayabuse 2'.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
