A NASA DART-szondája nagy lökéssel megváltoztatta a földközeli kisbolygó pályáját

10807

A NASA DART űrkísérlete során sikerült megváltoztatni a Dimorphos földközeli kisbolygó pályáját és közben a kis égitestből sok poranyag dobódott ki, amiből különleges szerkezetű porcsóvák alakultak ki. A közelmúltban a Nature-magazinban több cikk foglalkozott a tavaly őszi űrkísérlet eredményeivel.

Mint ismeretes, 2022. szeptember 26-án 23:14 világidőkor (UTC) a NASA DART (Double Asteroid Redirection Test) űrszondája sikeresen becsapódott a (65803) Didymos + Dimorphos földközeli kettős kisbolygó kisebbik tagjába, a mintegy 160 méter átmérőjű Dimorphos holdacskába. A nagyjából 780 méter átmérőjű Didymos főkomponens körül a Dimorphos holdacska olyan ellipszis pályán kering, amelynek félnagytengelye 1,19 km, excentricitása kisebb mint 0,03, vagyis a pályája körhöz nagyon közeli alakú. A kis szatellita keringési ideje a nagyobbik test körül közel 11,92 óra volt az ütközés előtt (a földi megfigyelések szerint 11,92148 ± 0,00013 óra). A korábbi földi színképi megfigyelések alapján a kis holdacska S-típusú, vagyis kőzetaszteroida.

Így közeledett a NASA DART űrszondája a Didymos + Dimorphos kettős kisbolygó kisebbik összetevője, a Dimorphos felé. A képen a Dimorphos és a szonda egymással szembe halad . A LICIACube a DART főszondán szállított miniszonda, ami az ütközés előtt vált le a főszondáról (NASA, JHU/APL DART Misszió).

A 610 kg induló tömegről 570 kg-ra csökkent tömegű űrszonda a Dimorphos aszteroidába 6,38 km/s (23 000 km/h) sebességgel ütközött bele, vagyis igen nagy mozgási energiával történt a becsapódás.

A DART-szonda által a Dimorphos kisbolygóba történt becsapódása előtt készített utolsó felvételek egyikén a szonda teste és napelemtáblainak helyzetét fehér kontúrvonalak mutatják az aszteroida felszínén a becsapódás rekonstrukciója alapján (NASA, 2023.03.01.).

A kisbolygó alakját és a DART szonda által megfigyelt felszíni részleteinek térbeli modellezését a szonda közeli, részletes felvételei alapján elkészítették a NASA kutatói és az így kapott térképen a szonda becsapódási helye és a szonda helyzete rekonstruálható volt.

Így találta el a DART-szonda a Dimorphos kisbolygót, ilyen helyzetben csapódott a kis égitest felszínébe a modellezés alapján. Maga a szonda mintegy 1,3 méteres kocka alakú test volt (NASA, JHU/APL DART Misszió, NASA 2023.03.01.).

A DART misszió egy valódi, aktív űrkísérlet volt, amelynek célja az aszteroida összetételének és belső szerkezetének tanulmányozása, valamint annak vizsgálata, hogy az ütközés következtében a kis aszteroida pályája kimutatható mértékben megváltozott-e, ezzel együtt pedig módosult-e a kettős rendszer Nap körüli mozgása, ami megmutatná, hogy a jövőben a Földre esetleg veszélyes objektumok pályája megváltoztatható-e ilyen módszerrel, és bolygónkba való ütközésük elkerülhető lenne-e. Ilyen vizsgálatokra igen jók a kettős kisbolygók.

Várható volt, hogy a DART-szonda becsapódása a Dimorphos kisbolygóba akkora ütközés lesz, ami megváltoztatja a kis aszteroida Didymos körüli pályáját, ami a Dimorphos keringési idejének megváltozásával mérhető (ez összefügg a pálya fél-nagytengelyének megváltozásával). A Dimorphos keringési idejének ütközés utáni meghatározására földi optikai teleszkópokkal, valamint radarcsillagászati módszerekkel történtek megfigyelések.

Az ütközés következtében a Dimorphos Didymos körüli keringési idejének megváltozását Christina A. Thomas (Észak Arizonai Egyetem, Flagstaff, AZ) kutatója által vezetett – főleg amerikai kutatókból álló – nemzetközi kutatócsoport határozta meg.

Az optikai megfigyelések a kettős fedési kisbolygórendszer minimumai és
mellékminimumai időpontjainak meghatározásából határozták meg a Dimorphos keringési idejét.

A Didymos + Dimorphos kettős kisbolygórendszer fedési fénygörbéjén a főminimumok és mellékminimumok kialakulása (NASA, JHU/APL DART misszió).

Radarcsillagászati megfigyelésekkel kimutatható volt, hogy az ütközése előtti keringési ideje alapján számolt és az ütközés után megváltozott keringési ideje miatt más pozícióban lesz a kis aszteroida.

A Didymos + Dimorphos kettős kisbolygó radarmegfigyelései: 2022. október 4-én két megfigyelés történt a goldstone-i rádiótávcsővel (bal felső keretben), majd október 9-én a goldstone-i adó és a green bank-i vevő antenna együttműködésével történt megfigyelések. A Didymos (középen) körül keringő Dimorphos kisbolygó pályája (vetületi ellipszis vonal) és a pályán az ütközés előtti keringési idővel előrejelzett pozíciója (zöld kör), illetve a megfigyelt valódi pozíciója (nyíl mutatja) (Thomas és munkatársai, 2023).

A becsapódás előtt a Dimorphos keringési ideje a Didymos körül
11,92148 ± 0,00013 óra volt. Az ütközés után az optikai fénygörbe és a radar megfigyelések megegyező eredménye szerint 11,372 ± 0,017 órára csökkent a keringési periódus, ami 33 ± 1 perccel rövidebb, mint ami az ütközés előtt volt. Ez jóval nagyobb változás, mint a korábban előrejelzett 7 perces perióduscsökkenés és ez abszolút mindenkit meglepő eredmény volt. Fontos következmény, hogy a drámaian nagyobb változás előrevetíti, hogy a Dimorphoshoz hasonló méretű kisbolygók mesterséges ütközéssel való eltérítése lehetséges és egy esetleges földi, becsapódási kozmikus katasztrófát el lehet majd kerülni. Így a DART űrkísérlet sikeres volt és ez a biztató eredménye reményt ad az ilyen katasztrófák elkerülésére, ha idejében tudunk lépni.

A DART-szonda ütközésének hatását és következményeit nem csak a Dimorphos Didymos körüli keringési idejének megváltozása jelzi, hanem a kidobódott ütközési törmelék- és poranyag mozgása és mennyisége is. A földi távcsövekkel és űrteleszkópokkal (HST, JWST) az ütközés után még hetekig követtek a kis égitest felszínéről a bolygóközi térbe kidobott anyagfelhőket.

A kidobott poranyag mozgása a HST felvételein. A képsíkban a méretskála (200 km) a bal alsó sarokban van (NASA/ESA Hubble Space Telescope, STScI-2023-006, 2023.03.01.).

Jian-Yang Li (Bolygótudományi Intézet, Tucson, AZ) és főként amerikai, valamint néhány angol, olasz és svájci munkatársai a Hubble-űrtávcsővel folytatott megfigyelésekből nyomon követték a Dimorphos anyagából kialakult törmelék- és porfelhő, illetve porcsóvák időbeli alakulását. A HST-vel az ütközés után 15 perccel később kezdődtek a megfigyelések és 18,5 nappal utána fejeződtek be. A felvételeken látható, hogy az ütközési porfelhő röviddel az ütközés után egy kúp alakú térrészben koncentrálódik és több irányban fényesebb porsugarak (porjetek), por sűrűsödések alakultak ki. Több nap elteltével már olyan távol lesznek a porszemcsék a kettős kisbolygótól, hogy a kis aszteroidák tömegvonzása már elhanyagolható a Nap sugárnyomásához képest, ami főleg a kis méretű, kis tömegű, optikailag nem átlátszó porszemcsékre hat és a Nappal ellentétes irányba mozgatja az ilyen port és az üstökösökére emlékeztető porcsóvák alakulnak ki.

Li és munkatársai szerint a Dimorphos felszínéről kidobott por kezdősebessége mintegy 1-30 méter lehetett másodpercenként, de a nagyobb tömegű törmelék darabok 0,4 m/s (40 cm/s) sebességűek lehettek. A kidobódott porkóma és porcsóva szerkezetének időbeli változását modellezték is.

A Dimorphos felszínéről kiszabadult porszemcsék mozgásának modellezése az ütközés után 2,1 nappal. A piros vonalakkal jelölt modellekben a porszemcsék kezdősebessége 0,43 m/s. A sötétkék vonalak különböző sebességgel (<1 m/s), de azonos irányban kibocsátott szemcsék pályáit jelölik. A pályák görbülését a Didymos + Dimorphos rendszer tömegvonzása alakította ki. Az ábrázolt terület 600 x 600 négyzetkilométer az (a) képen. A (b) kép az (a) kép egy részletének (kijelölt négyzet) kinagyítása (Li és munkatársai, 2023).

A Dimorphos tömege az előzetes becslések szerint legfeljebb 5 · 109 kg (5 millió tonna). A DART ütközése nem rombolta szét a kis holdat, de a becsapódás és a kidobott törmelékanyag együttes hatása kimutatható mértékben megváltoztathatta a kis aszteroida pályáját a nagyobbik test, a Didymos körül. A becslések szerint az ütközés következtében mintegy ezer tonna (1 x 106 kg) por és törmelék szabadult ki a kisbolygóból, ami a kis aszteroida tömegének mintegy 0,0002-ed része (0,02%-a) és már ennek a kidobott tömegnek a rakétaszerű fékező ereje és maga a becsapódás ereje együttesen okozta a 33 perces keringési idő csökkenést.

A NASA DART küldetése során az ember a történelemben először meg tudta változtatni egy égitest (földközeli kisbolygó) pályáját. Az alábbi videó összefoglalja a DART űrkísérlet főbb momentumait.

NASA’s DART Mission Confirms Crashing Spacecraft into Asteroids Can Deflect Them – NASA – 2022.03.01. – 01m47s (YouTube VIDEO).

A hír alapját képező már elfogadott szakcikkek (Thomas és mások, 2023, valamint Li és mások, 2023) a Nature (London) tekintélyes természettudományi folyóiratban fognak megjelenni.

A hír a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt témaköréhez kapcsolódik.

Források:

Hozzászólás

hozzászólás