Wetenschap
NASA-studie:Asteroïden draaien in een baan, vorm veranderd na DART-inslag
Toen NASA's DART (Double Asteroid Redirection Test) op 26 september 2022 opzettelijk tegen een asteroïde van 170 meter breed (560 voet breed) botste, maakte dit op meer dan één manier indruk. De demonstratie toonde aan dat een kinetisch botslichaam een gevaarlijke asteroïde zou kunnen afbuigen, mocht deze zich ooit op ramkoers met de aarde bevinden.
Nu blijkt uit een nieuwe studie gepubliceerd in het Planetary Science Journal laat zien dat de inslag niet alleen de beweging van de asteroïde veranderde, maar ook zijn vorm.
Het doel van DART, de asteroïde Dimorphos, draait in een baan om een grotere asteroïde dichtbij de aarde genaamd Didymos. Vóór de inslag had Dimorphos een ruwweg symmetrische "afgeplatte sferoïde" vorm, zoals een platgedrukte bal die breder is dan hoog. Met een goed gedefinieerde, cirkelvormige baan op een afstand van ongeveer 3.900 voet (1.189 meter) van Didymos, had Dimorphos 11 uur en 55 minuten nodig om één lus rond Didymos te voltooien.
"Toen DART indruk maakte, werd het heel interessant", zegt Shantanu Naidu, een navigatie-ingenieur bij het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Zuid-Californië, die het onderzoek leidde.
‘De baan van Dimorphos is niet langer cirkelvormig:zijn omlooptijd’ – de tijd die nodig is om een enkele baan te voltooien – ‘is nu 33 minuten en 15 seconden korter. En de hele vorm van de asteroïde is veranderd, van een relatief symmetrisch object naar een 'triaxiale ellipsoïde', iets wat meer op een langwerpige watermeloen lijkt."
Dimorphos-schaderapport
Het team van Naidu gebruikte drie gegevensbronnen in hun computermodellen om af te leiden wat er na de inslag met de asteroïde was gebeurd. De eerste bron bevond zich aan boord van DART:het ruimtevaartuig maakte beelden toen het de asteroïde naderde en stuurde deze terug naar de aarde via NASA's Deep Space Network (DSN). Deze beelden leverden close-upmetingen op van de kloof tussen Didymos en Dimorphos, terwijl ook de afmetingen van beide asteroïden vlak voor de inslag werden gemeten.
De tweede gegevensbron was de Goldstone Solar System Radar van de DSN, gelegen nabij Barstow, Californië, die radiogolven van beide asteroïden weerkaatste om nauwkeurig de positie en snelheid van Dimorphos ten opzichte van Didymos na de inslag te meten. Radarwaarnemingen hielpen NASA al snel tot de conclusie dat het effect van DART op de asteroïde de minimale verwachtingen ruimschoots overtrof.
De derde en belangrijkste gegevensbron zijn grondtelescopen over de hele wereld die de 'lichtcurve' van beide asteroïden hebben gemeten, oftewel hoe het zonlicht dat weerkaatste op de oppervlakken van de asteroïden in de loop van de tijd veranderde. Door de lichtcurven voor en na de impact te vergelijken, konden de onderzoekers leren hoe DART de beweging van Dimorphos veranderde.
Terwijl Dimorphos in een baan om de aarde draait, passeert hij periodiek vóór en vervolgens achter Didymos. Bij deze zogenaamde ‘wederzijdse gebeurtenissen’ kan de ene asteroïde een schaduw op de andere werpen of ons zicht vanaf de aarde blokkeren. In beide gevallen zal een tijdelijke verzwakking (een dip in de lichtcurve) door telescopen worden geregistreerd.
"We hebben de timing van deze precieze reeks lichtcurvedips gebruikt om de vorm van de baan af te leiden, en omdat onze modellen zo gevoelig waren, konden we ook de vorm van de asteroïde achterhalen", zegt Steve Chesley, een senior onderzoekswetenschapper. bij JPL en co-auteur van de studie. Het team ontdekte dat de baan van Dimorphos nu enigszins langwerpig of excentrisch is.
"Vóór de inslag," vervolgde Chesley, "gebeurten de tijden van de gebeurtenissen regelmatig en vertoonden ze een cirkelvormige baan. Na de inslag waren er zeer kleine timingverschillen, waaruit bleek dat er iets scheef was. We hadden nooit verwacht dat we dit soort nauwkeurigheid zouden bereiken." P>
De modellen zijn zo nauwkeurig dat ze zelfs laten zien dat Dimorphos heen en weer schommelt terwijl hij rond Didymos draait, zei Naidu.
Orbitale evolutie
De modellen van het team berekenden ook hoe de omlooptijd van Dimorphos evolueerde. Onmiddellijk na de inslag verkleinde DART de gemiddelde afstand tussen de twee asteroïden, waardoor de omlooptijd van Dimorphos met 32 minuten en 42 seconden werd verkort tot 11 uur, 22 minuten en 37 seconden.
In de daaropvolgende weken werd de omlooptijd van de asteroïde steeds korter naarmate Dimorphos meer rotsachtig materiaal in de ruimte verloor, en kwam uiteindelijk neer op 11 uur, 22 minuten en 3 seconden per baan - 33 minuten en 15 seconden minder tijd dan vóór de inslag. Deze berekening is nauwkeurig tot op 1,5 seconde, zei Naidu. Dimorphos heeft nu een gemiddelde orbitale afstand van Didymos van ongeveer 3.780 voet (1.152 meter) – ongeveer 120 voet (37 meter) dichterbij dan vóór de botsing.
"De resultaten van deze studie komen overeen met die van andere die worden gepubliceerd", zegt Tom Statler, hoofdwetenschapper voor kleine lichamen in het zonnestelsel op het NASA-hoofdkwartier in Washington. ‘Het zien van afzonderlijke groepen die de gegevens analyseren en onafhankelijk tot dezelfde conclusies komen, is een kenmerk van een solide wetenschappelijk resultaat. DART toont ons niet alleen de weg naar een asteroïde-afbuigingstechnologie; het onthult een nieuw fundamenteel begrip van wat asteroïden zijn en hoe ze gedragen zich."
Deze resultaten en waarnemingen van het puin dat achterbleef na de inslag geven aan dat Dimorphos een losjes opeengepakt ‘puinhoop’-object is, vergelijkbaar met asteroïde Bennu. ESA's (European Space Agency) Hera-missie, gepland voor lancering in oktober 2024, zal naar het asteroïdenpaar reizen om een gedetailleerd onderzoek uit te voeren en te bevestigen hoe DART Dimorphos heeft hervormd.