Het is een bekende astronomische conventie dat de aarde maar één natuurlijke satelliet heeft, die (enigszins oncreatief) bekend staat als 'de maan'. Echter, astronomen weten al iets meer dan een decennium dat de aarde ook een populatie heeft van wat bekend staat als 'voorbijgaande manen'. Dit is een subset van bijna-aarde-objecten (NEO's) die tijdelijk worden opgepikt door de zwaartekracht van de aarde en in banen rond onze planeet gaan draaien.

Volgens een nieuwe studie door een team van Finse en Amerikaanse astronomen, deze tijdelijk gevangen orbiters (TCO's) konden worden bestudeerd met de Large Synoptic Survey Telescope (LSST) in Chili, die naar verwachting in 2020 operationeel zal zijn. Door deze objecten te onderzoeken met de volgende generatie telescoop, de auteurs van het onderzoek beweren dat we veel kunnen leren over NEO's, en zelfs beginnen met het uitvoeren van missies naar hen.

De studie, die onlangs in het tijdschrift verscheen Icarus , werd geleid door Grigori Fedorets, een doctoraatsstudent van de afdeling natuurkunde van de Universiteit van Helsinki. Hij werd vergezeld door natuurkundigen van de Luleå University of Technology, het DIRAC-instituut (Data Intensive Research in Astrophysics and Kosmology) van de University of Washington, en de Universiteit van Hawaï.

Het concept van TCO's werd voor het eerst gepostuleerd in 2006 na de ontdekking en karakterisering van RH120, een object met een diameter van twee tot drie meter (6,5 tot 10 voet) dat normaal gesproken om de zon draait. Elke 20 jaar of zo, het komt dicht bij het aarde-maansysteem en wordt tijdelijk opgevangen door de zwaartekracht van de aarde.

Daaropvolgende waarnemingen van NEO's zoals asteroïde 1991 VG en meteoor EN130114 hebben deze theorie nog meer gewicht gegeven en stelden astronomen in staat beperkingen op te leggen aan TCO-populaties. Dit leidde tot de conclusie dat tijdelijk gevangen satellieten in twee populaties voorkomen. Aan de ene kant, er zijn TCO's, die het equivalent zijn van ten minste één omwenteling rond de aarde terwijl ze worden vastgelegd.

Tweede, er zijn tijdelijk gevangen flybys (TCF's), die het equivalent van minder dan één omwenteling maken terwijl ze worden gevangen. Volgens Fedorets en zijn collega's, deze objecten zijn een aantrekkelijk doelwit voor onderzoek en ontmoetingen met ruimtevaartuigen, hetzij in de vorm van missies ter grootte van CubeSat of grotere ruimtevaartuigen die monsterretourmissies kunnen uitvoeren.

Voor starters, de studie van deze objecten zou astronomen in staat stellen de grootte en frequentie van NEO's te beperken die in grootte variëren van een tiende van een meter tot 10 meter in diameter, die niet goed begrepen worden. Typisch, deze objecten zijn te klein en te zwak voor de meeste telescopen en technieken om effectief te observeren.

Het monitoren en bestuderen van deze speciale klasse NEO's is waar de LSST in het spel komt. Vanwege de hoge resolutie en gevoeligheid, de LSST zal naar verwachting een van de belangrijkste faciliteiten worden voor de ontdekking van NEO's en potentieel gevaarlijke objecten die anders erg moeilijk te detecteren zijn. Zoals Fedorets via e-mail aan universe Today vertelde:

"[E] zelfs voor LSST, de overgrote meerderheid van de voorbijgaande manen zal te zwak zijn om te ontdekken. Echter, het zal het enige onderzoek zijn dat in staat is om regelmatig voorbijgaande manen te ontdekken... De kenmerken van LSST die bijzonder geschikt zijn voor TCO-detectie zijn:een groot gezichtsveld; grensmagnitude V=24,7, detectie van vage objecten mogelijk maken; operationele modus met back-to-back observaties en snelle follow-up van hetzelfde veld aanvankelijk op dezelfde nacht, helpen bij het identificeren van snel bewegende gesleepte objecten."

Als het eenmaal draait, de LSST-telescoop zal een 10-jarig onderzoek uitvoeren dat enkele van de meest prangende vragen over de structuur en evolutie van het universum zal beantwoorden. Deze omvatten de mysteries van donkere materie en donkere energie en de vorming en structuur van de Melkweg. Het zal ook observatietijd aan het zonnestelsel wijden in de hoop meer te leren over kleine planeetpopulaties en NEO's.

Om te bepalen hoeveel TCO's de LSST zal detecteren, het team voerde een reeks simulaties uit. Hun werk bouwt voort op een eerdere studie die in 2014 werd uitgevoerd door Dr. Bryce Bolin van Caltech en collega's, waarin ze de huidige en volgende generatie astronomische faciliteiten beoordeelden. Het was deze studie die suggereerde dat de LSST buitengewoon effectief zou zijn in het detecteren van voorbijgaande manen.

Voor hun studie Fedorets heroverwogen het werk van Bolin en voerden hun eigen analyse uit. Hij schreef, "[Een] synthetische populatie van tijdelijke manen werd door de LSST-aanwijssimulatie geleid. De eerste analyse toonde aan dat het Moving Object Processing System van LSST slechts drie objecten in vier jaar kon herkennen (cadans van drie detecties over een periode van 15 dagen). Dit leek [als] een klein aantal, daarom hebben we een aanvullende analyse uitgevoerd. We selecteerden alle waarnemingen met minimaal twee waarnemingen, en voerde baanbepaling en baankoppeling uit met alternatieve methoden voor MOPS. Deze speciale behandeling verhoogde het aantal waarneembare tijdelijke maankandidaten met een orde van grootte."

Uiteindelijk, Fedorets en zijn team concludeerden dat het gebruik van de LSST en moderne automatische asteroïde-identificatiesoftware, met name, een moving-object processing system (MOPS) - een TCO zou eens per jaar kunnen worden ontdekt. Dat percentage zou kunnen worden verhoogd tot één TCO om de twee maanden als er extra softwaretools worden ontwikkeld die specifiek zijn voor de identificatie van TCO's die een basis-MOPS zouden kunnen aanvullen.

uiteindelijk, de studie van TCO's zal om een ​​aantal redenen gunstig zijn voor astronomen. Voor starters, er bestaat een kloof tussen de studie van grotere asteroïden en kleinere bolides - kleine meteoren die regelmatig in de atmosfeer van de aarde verbranden. Degenen die er tussenin vallen, die typisch tussen de één en 40 meter (~ drie tot 130 voet) in diameter meten, zijn momenteel niet goed ingeperkt.

"Voorbijgaande manen zijn een goede populatie om dat groottebereik te beperken, zoals bij die groottebereiken, ze moeten regelmatig verschijnen en worden gedetecteerd met LSST, ", zegt Fedorets. "Bovendien, TCO's zijn uitstekende doelen voor [in-situ] missies. Ze zijn "gratis" afgeleverd in de buurt van de aarde. Daarom, er is relatief weinig brandstof nodig om ze te bereiken. Potentiële missies kunnen worden ontworpen als in situ flyby-missies (bijv. van de CubeSat-klasse), of als eerste stappen in het gebruik van asteroïde hulpbronnen."

Een ander voordeel van de studie van deze objecten is dat ze astronomen zullen helpen om potentieel gevaarlijke objecten (PHO's) beter te begrijpen. Deze term wordt gebruikt om asteroïden te beschrijven die periodiek de baan van de aarde kruisen en een risico op botsing vormen. Hoewel ze vergelijkbare observatiekenmerken hebben als TCO's, ze kunnen alleen worden onderscheiden op basis van hun banen.

Natuurlijk, Fedorets benadrukte dat hoewel TCO's maanden in geocentrische banen doorbrengen, een mogelijke missie om een ​​van hen te bestuderen zou een snelle reactie moeten zijn. Gelukkig, de ESA ontwikkelt een dergelijke missie in de vorm van hun Comet Interceptor, die zal worden gelanceerd naar een stabiele baan om de aarde en geactiveerd wordt zodra een komeet of asteroïde de baan van de aarde binnenkomt.

Een beter begrip van de tijdelijke satellieten van de aarde, potentieel gevaarlijke objecten en asteroïden in de buurt van de aarde is slechts een van de vele voordelen die naar verwachting zullen komen van de volgende generatie telescopen zoals de LSST. Met deze instrumenten kunnen astronomen niet alleen verder en helderder kijken, waardoor onze kennis van het zonnestelsel en de kosmos wordt uitgebreid, ze zouden ook onze overleving op lange termijn als soort kunnen verzekeren.