8 Minutės
Kodėl Žemė gali nematyti pavojingų asteroidų prie Veneros
Astronomai įspėja, kad reikšminga asteroidų populiacija, besisukanti aplink Saulę Veneros orbitos srityje, gali būti praktiškai nematoma žemės paviršiaus teleskopams. Šie vadinamieji Veneros bendros orbitos objektai — kūnai, kurie dalijasi Veneros orbitaliniu periodu aplink Saulę, bet neaplinko pačios planetos — gali likti paslėpti, nes jų orbitos yra arčiau Saulės nei Žemės. Mūsų stebėjimo kampu jie matomi link Saulės, o jų atspindėtas silpnas saulės švytėjimas prarandamas dienos šviesoje bei intensyviame saulės akinime. Dėl šios geometrijos daug tokių objektų lieka neaptikti ilgą laiką, o tai turi reikšmingų pasekmių tiek mokslui, tiek planetos gynybai.
Saulės Dinamikos Observatorijos (SDO) vaizdas, kuriame matomas Veneros tranzitas per Saulę. (NASA/SDO, AIA)
Kuo yra Veneros bendros orbitos objektai ir kaip jie juda?
Bendros orbitos asteroidai juda sudėtingomis trajektorijomis, kurios rezonuoja su planetos orbita, o ne sukasi tiesiogiai aplink pačią planetą. Veneros atveju tokie objektai kartais būna prieš planetą savo judėjimu (vadinamose „priekinių“ pozicijų), kartais atsilieka ir kartais juda pagal pasagos arba kilpų formos takus, persikertančius su planetos trajektorija dinaminiu ir keičiamu būdu. Toks elgesys lemia, kad jų padėtis dangaus skliaute nuolat kinta ir dėl to juos sunku sistemingai registruoti.
Iki šiol astronomai patvirtino maždaug 20 Veneros bendros orbitos objektų, tačiau dinaminiai tyrimai rodo, jog atrasta mėginio dalis gali būti tik nedidelė visos populiacijos dalis. Modeliavimai ir orbitalinės analizės leidžia manyti, kad daug silpnesni, mažesni arba žemesnės ekscentriškumo objektai lieka nepastebėti dėl stebėjimų apribojimų, todėl tikroji jų gausa gali būti keliolika kartų didesnė nei žinoma šiandien.
Orbitinis stabilumas ir ekscentriškumas
Žinomi Veneros bendros orbitos objektai paprastai pasižymi didesniu orbitiniu ekscentriškumu (dažniau nei ~0,38). Ekscentriškumas nusako, kiek orbita yra ištempta: 0 reikštų tobulą ratą, o didesnės reikšmės rodo labiau elipsinę, ištemptą trajektoriją. Tokie daugiaekscentriškumo objektai gali nutolti toliau nuo Veneros ir priartėti prie Žemės, o tai laikinai palengvina jų aptikimą sutemus arba auštant — kai Saulė tik šiek tiek nusileidusi už horizonto.
Tačiau bendros orbitos dinamika dažnai yra chaotiška ir jautri pradinei padėčiai. Simuliacijos rodo, jog vienas objektas gali per 10 000–15 000 metų pakeisti savo orbitinį režimą; o tikslūs vieno kūno trajektorijos prognozės po maždaug 150 metų tampa nepatikimos. Per tokias dinamines pertvarkas asteroidas gali migravus iš Venerai rezonansinio kelio į trajektoriją, artimą Žemei — kartais net persirikiuoti per Žemės orbitą ir, per ilgą laiko tarpą, potencialiai kelti susidūrimo pavojų.
Aptikimo ribotumai: kodėl teleskopai šiuos objektus praleidžia
Dauguma šiuolaikinių dangaus apžvalgų yra optimizuotos objektams, matomiems esant vidutinėms saulės elongacijoms (kampams nuo Saulės), t. y. tose dangaus dalyse, kuriose stebėjimai nereikalauja žiūrėti arčiau Saulės. Objektai su mažu ekscentriškumu ir mažesniu kampiniu atstumu nuo Saulės lieka dieninėje arba šviesmečio zonoje, kur silpnas asteroido atspindėtas švytėjimas prarandamas dėl Saulės disko intensyvumo. Dėl to naujausi dinaminiai tyrimai ypatingą dėmesį sutelkė į mažesnio ekscentriškumo bendros orbitos objektus, kurie išlieka arti Veneros orbitos ir dauguma laiko yra už Žemės stebėjimo ribų.
Be to, žemėje vykdomos operacijos susiduria su keliomis praktinėmis kliūtimis: saugumo apribojimais žiūrint arti Saulės, atmosferos sklaida, šviesos tarša ir ribotas stebėjimų laikas per parą. Visi šie veiksniai sukuria „aklinas“ sritis danguje — ypač vidaus Saulės sistemos regionuose — kur tradicinės apžvalgos yra mažiau našios. Todėl daug potencialiai reikšmingų Veneros bendros orbitos objektų lieka neišaiškinti, kol jie laikinai nepriartėja prie geometrijos, leidžiančios juos pastebėti iš Žemės.
Pavyzdinė iliustracija, vaizduojanti įvairių orbitų ekscentriškumą. (Phoenix7777/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)
Ateinančių apžvalgų vaidmuo
Vera C. Rubin observatorija, turinti itin platų matymo lauką ir didelį kamerų jautrumą, reikšmingai pagerins artimų Žemei objektų paiešką. Tačiau modeliavimai rodo, jog Rubin taip pat aptiks tik dalį mažesnio ekscentriškumo Veneros bendros orbitos kūnų — dažniausiai per ribotą laiką kasmet, kai geometrija ir aušros/saulėlydžio sąlygos dera. Tai reiškia, kad vidaus Saulės sistemoje išlieka nuolatinis stebėjimo „aklumas“.
Šią spragą galėtų uždaryti specialios erdvėlaivio misijos, orientuotos į vidaus Saulės sistemos atradimus. Pavyzdžiui, NASA planuojama NEO Surveyor misija naudos infraraudonųjų spindulių stebėjimus iš kampo, kurio iš žemės praktiškai nepasieksi. Tokie infraraudonieji įrankiai yra jautresni tamsiems, mažai atspindintiems kūnams ir gali aptikti juos net tuomet, kai matomoje šviesoje jie yra per silpni. Dar veiksmingiau būtų turėti dedikuotą kosminį aparatą, orbituojantį aplink Venerą arba laikomą Venerai artimoje orbitoje: tokiu atstumu būtų galima stebėti šias populiacijas tiesiogiai, dieną ir naktį, su minimaliu Saulės trukdžiu.
Pasekmės planetinei gynybai
Tyrimų komandos vertina, kad šioje paslėptoje populiacijoje gali būti kūnų, kurių dydis siekia šimtus metrų. Pavyzdžiui, maždaug 300 metrų skersmens smūgininkas galėtų suformuoti kelis kilometrus skersmens krateryje ir išlaisvinti energiją šimtų megatonų lygyje — pakankamai, kad sukeltų regioninius padarinius, jei toks kūnas smogtų apgyvendintai teritorijai. Dėl to, kad daugelio Veneros bendros orbitos objektų trajektorijos yra chaotiškos ir kintančios, kai kurie iš jų per ilgą geologinį laikotarpį gali nukrypti į Žemės kirtiniai keliai.
„Mūsų simuliacijos rodo klasę asteroidų, kurių šiuo metu žemės apžvalgos sunkiai aptinka,“ sako Valerio Carruba, San Paulo Valstijos universiteto astronomas, kurio komanda modeliavo Veneros aplinką. Jis pabrėžia, jog nors žinomi bendros orbitos objektai yra tik keliolika, skaitmeniniai modeliai prognozuoja žymiai didesnę nepastebėtą populiaciją, kuri reikalauja specializuotų stebėjimų kampanijų. Tokios kampanijos padidintų mūsų supratimą apie vidinių orbitų dinaminius procesus ir leistų geriau įvertinti ilgalaikį susidūrimo pavojų.
Strategijos vidaus Saulės sistemos aklumo mažinimui
Kad būtų sprendžiamas aptikimo trūkumas, reikalingas žemės ir kosmoso priemonių derinys. Išplėstos aušros/saulėlydžio apžvalgos ir optimizuotas stebėjimų ritmas žemėje gali užfiksuoti kai kuriuos objektus tuomet, kai geometrija leidžia. Tačiau dar svarbiau — misijos, veikiančios arčiau Saulės: tiek Veneros orbitoje, tiek vidaus heliocentrinėse stotyse, tiek infraraudonųjų spindulių erdvės teleskopai, panašūs į NEO Surveyor, suteiktų išsamiausią aprėptį mažiems, silpniems bendros orbitos kūnams. Toks derinys sumažintų stebėjimų aklumą ir padidintų tikimybę aptikti objektus ankstyvoje fazėje.
Be atradimo, labai svarbu charakterizuoti jų dydžius, orbitas, sukimąsi ir paviršiaus savybes — tai būtina rizikos vertinimui ir galimų veiksmų planavimui. Sekančios stebėjimų kampanijos, tokios kaip radarų ir spektroskopinių tyrimų deriniai, padėtų tikslinti orbitas ir ilginti patikimumo horizontą už 150 metų ribos, kurią riboja chaotiška dinamika. Tokie duomenys yra esminiai planuojant bet kokias prevencines ar reagavimo priemones ateityje, nuo toliau vykdomo stebėjimo iki galimų misijų, skirtų trajektorijoms keisti.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Priya Anand, planetų mokslininkė ir misijų koncepcijų specialistė, komentuoja: "Veneros bendros orbitos objektų aptikimas yra vienas iš pagrindinių XXI a. planetinės gynybos iššūkių. Žemės pagrindu atliekamos apžvalgos pagerins mūsų jautrumą, bet erdvė pagrįstas observatorijas Veneros apylinkėse arba infraraudonasis žvalgas kaip NEO Surveyor reikšmingai pakeistų gebėjimą katalogizuoti vidaus Saulės sistemos pavojus. Ankstyvas aptikimas suteikia mums pasirinkimų — nuo stebėjimo ir charakterizacijos iki, esant būtinybei, neutralizavimo planavimo dešimtmečiams į priekį."
Išvados
Atrasta galimybė, jog egzistuoja didelė, daugiausia nepastebėta Veneros bendros orbitos objektų populiacija, atskleidžia esminį trūkumą dabartiniame artimų Žemei objektų stebėjime. Nors artėjantys teleskopai, tokie kaip Vera C. Rubin observatorija, ir misijos kaip NEO Surveyor sumažins kai kurias aklumo sritis, patikimiausias kelias gauti pilną vidaus Saulės sistemos asteroidų inventorių yra dedikuota stebėjimų kampanija iš erdvės platformos, esančios Veneros artumoje arba Venerai artimoje orbitoje. Tokios pajėgos stiprinimas pagerins ilgalaikę planetinę gynybą ir užtikrins, jog potencialiai pavojingi kūnai bus identifikuoti gerokai anksčiau, nei jie gali kelti realų pavojų Žemei. Tuo pačiu metu būtina plėtoti tarptautinį bendradarbiavimą, duomenų mainus ir misijų koordinavimą, kad geriau pasiruoštume idėjai, jog keli pavojingi objektai gali slypėti mūsų akiračio pakraštyje.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą