Att bli varmare: Spotting Near-Earth Asteroids genom värmesignatur

Ny teknik för att upptäcka Asteroider i närheten av jorden med sina infraröda utsläpp har avslöjats av forskare från NASA vid APS-mötet i april 2019

Den 15 februari 2013 bröt ett objekt upp på himlen över den ryska staden Chelyabinsk. Sprängningen - upptäckt så långt borta som Antartica - var kraftigare än en kärnkraftsexplosion, 25 till 30 gånger kraftigare. Det förstörde fönster och skadade cirka 1200 personer. I själva verket var sprängningen så intensivt ljus att det mycket väl kan ha överträffat solen.

Chelyabinsk eldboll inspelad av ett dashcam från Kamensk-Uralsky norr om Chelyabinsk där det fortfarande var gryning. (Planetary Society Institute)

Den huvudsakliga oroen för Chelyabinsk-händelsen är att den involverade meteoren - som bröt av från en större asteroid - relativt liten - med en diameter på 17–20 m. Det finns många, mycket större föremål där ute. Att veta exakt var skulle vara till stor fördel.

Ansvaret för att lokalisera sådana föremål i jordens närhet - Near Earth Objects (NEOs) och frågan om hur man kan förhindra en påverkan undersöks av Amy Mainzer och hennes kollegor vid NASA: s asteroidjaktuppdrag vid Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. De har utvecklat ett enkelt men genialt sätt att upptäcka NEO när de bryter mot planeten.

Detta är en samling av bilder från WISE-rymdskeppet av asteroiden 2305 King, som är uppkallad efter Martin Luther King Jr. Asteroiden visas som en sträng av orange prickar eftersom detta är en uppsättning exponeringar som har lagts till för att visa dess rörelse över himlen. Dessa infraröda bilder har färgkodats så att vi kan se dem med det mänskliga ögat: 3,4 mikron representeras som blått; 4,6 mikron är grön, 12 mikron är gul och 22 mikron visas som röd. Från WISE-data kan vi beräkna att asteroiden är cirka 12,7 kilometer i diameter, med en 22% reflektivitet, vilket indikerar en trolig stenig sammansättning (NASA)

Mainzer, som är den huvudsakliga utredaren för uppdraget, beskrev arbetet i NASA: s plan för försvarssamordning vid American Physical Society April Meeting i Denver - inklusive hennes lags NEO-erkännande-metod och hur det kommer att hjälpa ansträngningarna att förhindra framtida jordpåverkan.

Mainzer säger: ”Om vi ​​hittar ett objekt bara några dagar från påverkan begränsar det våra val väsentligt, så i våra sökansträngningar har vi fokuserat på att hitta NEO när de är längre bort från jorden, vilket ger maximal tid och öppning upp ett större utbud av möjligheter att minska. "

Du blir varmare!

Att hitta NEO är inte en lätt uppgift. Mainzer beskriver det som att försöka upptäcka en klump kol på natthimlen.

Hon utarbetar: ”NEO: er är i själva verket svaga eftersom de oftast är riktigt små och långt borta från oss i rymden.

"Lägg till det faktum att vissa av dem är lika mörka som skrivartoner, och det är mycket svårt att försöka se dem mot rymden.

Detta är en bild av det föreslagna NEOCam-uppdraget (Near Earth), som är utformat för att hitta, spåra och karakterisera jordnära asteroider och kometer. Med hjälp av en termisk infraröd kamera skulle uppdraget mäta värmesignaturerna hos NEO: er oavsett om de är ljusa eller mörkfärgade. Teleskopets hölje är målad svart för att effektivt utstråla sin egen värme ut i rymden, och dess solskydd gör det möjligt att observera nära solen där NEO: er i de mest jordliknande banorna tillbringar mycket av sin tid. I bakgrunden är en uppsättning bilder av asteroider med huvudbälten samlade av prototypuppdraget NEOWISE; asteroiderna visas som röda prickar mot bakgrundstjärnorna och galaxerna. (NASA)

I stället för att använda synligt ljus för att upptäcka inkommande föremål, arbetade Mainzer och hennes team på JPL / Caltech istället med ett karakteristiskt drag av NEO: er - deras hetta.

Asteroider och kometer värms upp av solen och glöder så starkt vid termiska - infraröda våglängder. Detta innebär att de är lättare att upptäcka med teleskopet NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer).

Mainzer förklarar: "Med NEOWISE-uppdraget kan vi upptäcka objekt oavsett ytfärg, och använda det för att mäta deras storlekar och andra ytegenskaper."

Att upptäcka NEO-ytegenskaper ger Mainzer och hennes kollegor en inblick i hur stora föremålen är och vad de är gjorda av, båda kritiska detaljer när det gäller att montera en defensiv strategi mot en jordhotande NEO.

En försvarsstrategi är till exempel att fysiskt "skjuta" en NEO bort från en järnkursbana. Saken är att för att beräkna den energi som krävs för den nudgen är detaljer om NEO-massan, och därför storlek och sammansättning, avgörande.

NEOWISE-rymdteleskopet upptäckte Comet C / 2013 US10 Catalina med hastighet på jorden den 28 augusti 2015. Denna komet svängde in från Oort Cloud, skalet av kallt, fryst material som omger solen i den avlägsna delen av solsystemet långt bortom Neptuns omlopp. NEOWISE fångade kometen när den fizzade av aktivitet orsakad av solens hetta. Den 15 november 2015 kom kometen sitt närmaste tillvägagångssätt till solen och doppade i jordens omloppsbana; det är möjligt att det här är första gången denna gamla komet någonsin har varit så nära solen. NEOWISE observerade kometen i två värmekänsliga infraröda våglängder, 3,4 och 4,6 mikron, som är färgkodade som cyan och röd i den här bilden. NEOWISE upptäckte denna komet ett antal gånger 2014 och 2015; fem av exponeringarna visas här i en kombinerad bild som visar kometens rörelse över himlen. De rikliga mängderna av gas och damm som spöts av kometen verkar röda i den här bilden eftersom de är väldigt kalla, mycket kallare än bakgrundsstjärnorna. (NASA)

Att undersöka sammansättningen av asteroider hjälper också astronomer att förstå hur omständigheterna under solsystemet bildades.

Mainzer säger: ”Dessa föremål är i sig intressanta eftersom vissa tros vara lika gamla som det ursprungliga materialet som utgör solsystemet.

"En av de saker som vi har hittat är att NEO: er är ganska olika i sammansättning."

Mainzer är nu angelägen om att utnyttja framstegen inom kamerateknologi för att hjälpa till med sökandet efter NEO. Hon säger: "Vi föreslår NASA ett nytt teleskop, NEOCam (Near-Earth Object Camera), för att göra ett mycket mer omfattande jobb med att kartlägga asteroidplatser och mäta deras storlekar."

Naturligtvis är NASA inte den enda rymdbyrån som försöker förstå NEO: er - den japanska flygindustrins byrå (JAXAs) Hayabusa 2: s uppdrag planerar att samla in prover från en asteroid. I sin presentation förklarar Mainzer hur NASA arbetar med den globala rymdsamhället i ett internationellt försök att försvara planeten mot NEO-påverkan.