Zobacz jak zmieniają się pozycje asteroid i komet w czasie. Teraz dużo dokładniej niż wcześniej

W wyobraźni zwykłego człowieka Wszechświat to nieskończona pustka, w której czasem można spotkać gwiazdy, planety, w tym te pozasłoneczne, skupiska materii, czarne dziury, a czasem inne egzotyczne obiekty, o których być może nie mamy jeszcze pojęcia. W miarę zmiany skali, zamiast gwiazd planet widzimy galaktyki, ich gromady, itp., itd. Grupują się one w różne struktury, ale pomiędzy nimi zdaje się nie istnieć nic. Choć gdy zaczniemy liczyć, to okaże się, że wszystkiego jest bardzo dużo. 

Wróćmy jednak na nasze kosmiczne podwórko, czyli do Układu Słonecznego i to tego wewnętrznego, a nie najodleglejszych jego rubieży. Czy też możemy powiedzieć, że jest tu bardzo pusto? Pomijam tu kwestię kosmicznych śmieci, bo to jeszcze inny temat. Z perspektywy powyżej opisanego postrzegania Kosmosu taka odpowiedź byłaby satysfakcjonująca. Odległości pomiędzy planetami, księżycami, a nawet asteroidami, są przecież ogromne. A skoro jest pusto, to pewnie i niewiele się dzieje.

Nałożone na siebie orbity asteroid w otoczeniu orbity Ziemi. Dodatkowo pokazane są orbity innych planet skalistych i orbita Didymosa, do którego leci sonda DART

Prawda jest odmienna. Wystarczy stworzyć mapę pozycji wszystkich znanych nam naturalnych obiektów w okolicy Słońca, wprawić ją w ruch włączając upływ czasu. I okaże się wtedy, że w naszym kosmicznym otoczeniu dzieje się bardzo dużo. Tylko najczęściej w trochę innych ramach czasowych i innej skali przestrzennej.

Owszem, pewne rzeczy dzieją się szybko, ale to co dzieje się powoli bywa jeszcze bardziej interesujące

Owszem czasem zmiany widoczne są bez zwiększania tempa upływu czasu. Pozycje planet wewnętrznych (czyli Wenus i Merkurego), a także Marsa, względem Słońca, ulegają zmianom zauważalnym w krótkiej perspektywie czasu. Pozycje księżyców Galileuszowych względem Jowisza, czy też położenie gwiazd na niebie i naszego Księżyca względem horyzontu, ulegają jeszcze szybszym zmianom. Widocznym gołym okiem na niebie na przestrzeni godzin. A gdy weźmiemy pod uwagę roje meteorów, dotrzemy do zjawisk, które dzieją się w mgnieniu oka.

Właśnie, roje meteorów. Zapewne wiecie już co to jest bolid, a jeśli nie to polecam lekturę tekstu na naszej stronie. Bolid to zwykle niewielkie zmartwienie, ale to prawdopodobnie fragment niegdyś większego obiektu, który być może wciąż obiega Słońce, od czasu do czasu przecinając orbitę Ziemi. Stając się wtedy potencjalnym zagrożeniem.

Obejrzyj w

Analiza położenia takiego obiektu zmusza astronomów do ekstrapolacji toru jego ruchu daleko, daleko w przód w czasie. Istotne jest jak będzie wyglądać jego orbita nie za tydzień czy miesiąc, a nawet rok. A za wiele lat, a nawet dziesiątek lat. I znowu wracamy do rzeczywistości, w której wszystko dzieje się często powoli, ale nieubłaganie. I to jest tak samo ciekawe jak i niepokojące.

Asteroid w wewnętrznym Układzie Słonecznym są dziesiątki tysięcy

Asteroidy w Układzie Słonecznym, ich znaczenie, a także zagrożenie jakie dla Ziemi stanowią niektóre z nich, to temat rzeka. Tylko w ostatnich tygodniach w kosmos wystartowały dwie ważne misje. Lucy, która ma charakter typowo poznawczy. Z kolei DART to przedsięwzięcie związane z obronnością Ziemi jako planety, naszego domu. Na Ziemię wraca OSIRIS-REx, który wiezie cenne próbki asteroidy Bennu. Misja Psyche realizowana jest także z pobudek materialnych, może to być bowiem obiekt bogaty w metale.

Wizualizacja położenia asteroidy Eurybates, która jest jednym z celów misji Lucy

Jednak zanim się wgłębimy w świat asteroid warto wyobrazić sobie jak bogaty jest ich świat. I to tylko w okolicy Słońca i Ziemi. Obecnie znamy prawie 28 tysięcy tak zwanych NEA, czyli Bliskich Ziemi Asteroid. Co roku odkrywane są kolejne 3 tysiące. W przyszłym roku gdy uruchomione zostanie obserwatorium, którego patronką jest Vera C. Rubin, tempo prawdopodobnie jeszcze wzrośnie.

Wśród tych asteroid mamy PHO, czyli Potencjalnie Niebezpieczne Obiekty dla Ziemi. Gdyby taka klasa obiektów nie istniała, pewnie opisany tu problem byłby mniej istotny, a część astronomów wolałaby zajmować się czymś innym. Tak jednak nie jest. Obecnie żadna ze znanych nam komet nie jest zaliczana do grupy PHO. Są w niej tylko asteroidy.

NASA Eyes on Asteroids, czyli wizualizacja pozycji asteroid

Wizualizację położenia planet i asteroid można wyświetlić w niejednej aplikacji planetarium z opcją widoku Układu Słonecznego. Jednak warto sięgnąć po narzędzie NASA Eyes on Asteroids, które bazuje na najdokładniejszych obecnie parametrach orbitalnych dla asteroid i komet. Po uruchomieniu aplikacji w przeglądarce wyświetlona zostanie nam przestrzenna mapę pozycji asteroid, komet, planet i najważniejszych misji kosmicznych w naszym sąsiedztwie. To nie wszystkie obiekty typu asteroida, które są nam znane. Jednak te w miarę bliskie Ziemi są dla nas w tym przypadku najistotniejsze.

NASA Eyes on Asteroids dwa razy dziennie otrzymuje aktualizację parametrów orbit i listy obiektów. Jeśli wykryty zostanie nowa asteroida czy kometa, a jej wstępne parametry orbitalne określone (do tego wystarczy nawet kilka obserwacji), w ciągu kilkunastu godzin znajdzie się ona w bazie danych Eyes on Asteroids. 

Narzędzie to ma też w zanadrzu kilka funkcji, w tym wyszukiwarkę obiektów po nazwie, a także filtr, który ogranicza wyświetlane ciała niebieskie do komet lub niebezpiecznych obecnie dla Ziemi asteroid.

Funkcja Asteroid Watch pokazuje pięć kolejnych najbliższych Ziemi przelotów asteroid

Mały błąd na początku, a może kiedyś zaowocować poważną pomyłką

Dokładna znajomość orbit asteroid w wewnętrznej części Układu Słonecznego jest tym co spędza astronomom sen z powiek. Wystarczą drobne błędy w określeniu pozycji w trakcie obserwacji, by w dość niewielkiej przyszłości wyewoluowały one do ogromnych błędów w rzeczywistej pozycji takiego obiektu. Początkowo ruch asteroidy będzie zgadzał się z przewidywaniami, ale z czasem rozbieżność będzie coraz większa. Dzięki kolejnym obserwacjom wciąż te błędy minimalizujemy, ale to oznacza, że jednocześnie minimalizujemy czas, którym dysponowalibyśmy w przypadku wykrycia zagrożenia.

Poniżej animacja, na której pokazano jak błąd pozycji wprowadzony przez spotkanie się asteroidy z Ziemią ewoluuje w czasie, owocując różnym położeniem obiektu w przyszłości.

Obejrzyj w

Na dodatek przeloty w pobliżu Ziemi i innych dużych ciał niebieskich wpływają na orbity asteroid w często nieprzewidywalny sposób, który może być trudny do przewidzenia zawczasu, nawet przy wcześniej bardzo precyzyjnych pomiarach. To nie wszystko. Jeśli myśleliście, że grawitacją jesteśmy w stanie wyjaśnić wszystko co dzieje się z asteroidami i kometami, to popełniacie błąd. Nie ma się co tu wstydzić, wszak znajomość wszystkich zjawisk, które determinują ruch obiektów w kosmosie, to nie jest wiedza nam niezbędna.

Efekt Jarkowskiego, czyli nie tylko grawitacja dzieli i rządzi

Jednym z takich zjawisk jest efekt Jarkowskiego, nazwany tak od nazwiska polskiego inżyniera, żyjącego w rosyjskim zaborze, który pod koniec swojego życia w 1901 roku zapostulował istnienie ciekawego zjawiska. Przez ponad pół stulecia jego pomysł pokrywał kurz historii, aż w końcu przypomniano sobie jego prace. Teraz w swoich obliczeniach ten efekt uwzględnia ośrodek CNEOS, czyli dział NASA zajmujący się śledzeniem orbit asteroid i komet. 

Efekt Jarkowskiego mówi nam, że na zmianę orbit asteroid wpływ ma promieniowanie słoneczne. Nagrzane powierzchnie tych obiektów, oddają ciepło stopniowo, w miarę jak w trakcie obrotu (w ciągu swojego dnia) przestają być oświetlone przez Słońce. Największa emisja termiczna ma miejsce w drugiej części dnia na asteroidzie. Owocuje to powstaniem siły, której działanie powoduje odepchnięcie lub zbliżenie się asteroidy do Słońca. Poniżej wizualizacja uwzględnienia efektu Jarkowskiego na przykładzie asteroidy Bennu.

Obejrzyj w

Wszystko zależnie od tego w jakim kierunku wiruje asteroida. I tak, nie związane z grawitacją działanie termiczne, modyfikuje bardzo powoli orbity wszystkich asteroid. Te drobne, na pozór zaniedbywalne zmiany, z czasem kumulują się i w końcu nabierają znaczenia dla poprawnych kalkulacji orbit.

Algorytm Sentry II dla monitorowania pozycji asteroid

Dlaczego wspominamy o efekcie Jarkowskiego? Bo niedawno NASA ogłosiła wdrożenie nowego narzędzia do kalkulacji pozycji asteroid w Układzie Słonecznym. Oprogramowanie Sentry II eliminuje wspomniane powyżej problemy, a także automatyzuje uwzględnienie efektu Jarkowskiego. Na dodatek wprowadza nowy schemat obliczania orbit, który wykorzystuje analizę ogromnej liczby losowych, a nie spodziewanych, pozycji asteroid i związanych z tym różnych orbit.

Najbliższy znany nam zarejestrowany przelot asteroidy miał miejsce w połowie sierpnia 2020 roku. Asteroida 2020 QG o rozmiarze około 1,5 metra przeleciała niespełna 3 tysiące kilometrów od Ziemi. Znacząco zmieniło to jej orbitę

Szacowanie prawdopodobieństwa zderzenia asteroidy z Ziemią jest teraz dużo szybsze, niż przy zastosowaniu poprzedniej generacji narzędzia Sentry, które wykorzystywano od prawie 20 lat, a błąd obliczeń znacznie mniejszy. Pozwala to albo doprecyzować już znane i przewidywane zdarzenia bliskiego przelotu lub nawet zderzenia, albo całkowicie je wyeliminować.

Dla laika dokładność obliczeń i cała związana z tym procedura, może być mało interesująca. Za to efekty w postaci wizualizacji w takim narzędziu jak NASA Eyes on Asteroids już tak.

Źródło: NASA, inf. własna