Wärmer werden: Erdnahe Asteroiden durch Hitzesignatur erkennen

Auf dem APS-Treffen im April 2019 haben NASA-Forscher eine neue Technik zur Erkennung erdnaher Asteroiden anhand ihrer Infrarotemissionen vorgestellt

Am 15. Februar 2013 löste sich am Himmel über der russischen Stadt Tscheljabinsk ein Objekt auf. Die Explosion - bis in die Antarktis entdeckt - war stärker als eine Atomexplosion, 25- bis 30-mal stärker. Es hat Fenster zerbrochen und ungefähr 1200 Menschen verletzt. Tatsächlich war die Explosion so intensiv, dass sie die Sonne möglicherweise kurz überstrahlt hat.

Der Feuerball von Tscheljabinsk wurde von einer Dashcam aus Kamensk-Uralsky nördlich von Tscheljabinsk aufgenommen, wo es noch Morgen war. (Planetary Society Institute)

Das Hauptanliegen des Ereignisses in Tscheljabinsk ist, dass der betroffene Meteor - der von einem größeren Asteroiden abgebrochen ist - relativ klein - mit einem Durchmesser von 17 bis 20 m. Es gibt viele, viel größere Objekte da draußen. Genau zu wissen, wo es von großem Vorteil wäre.

Amy Mainzer und ihre Kollegen bei der Asteroidenjagd der NASA im Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien, untersuchen die Verantwortung für die Lokalisierung solcher Objekte in der Nähe der Erde - Near Earth Objects (NEOs) und die Frage, wie ein Aufprall verhindert werden kann. Sie haben einen einfachen, aber genialen Weg gefunden, um NEOs auf ihrem Weg zum Planeten zu erkennen.

Dies ist eine Sammlung von Bildern aus dem WISE-Raumschiff des Asteroiden 2305 King, das nach Martin Luther King Jr. benannt ist. Der Asteroid erscheint als eine Reihe orangefarbener Punkte, da dies eine Reihe von Belichtungen ist, die addiert wurden, um seine Bewegung zu zeigen über den Himmel. Diese Infrarotbilder wurden farbcodiert, damit wir sie mit dem menschlichen Auge wahrnehmen können: 3,4 Mikrometer werden als blau dargestellt; 4,6 Mikrometer sind grün, 12 Mikrometer sind gelb und 22 Mikrometer sind rot dargestellt. Aus den WISE-Daten können wir berechnen, dass der Asteroid einen Durchmesser von etwa 12,7 Kilometern mit einem Reflexionsvermögen von 22% hat, was auf eine wahrscheinliche steinige Zusammensetzung (NASA) hinweist.

Mainzer, die die Hauptermittlerin der Mission ist, erläuterte die Arbeit des NASA-Koordinierungsbüros für planetare Verteidigung beim April-Treffen der American Physical Society in Denver - einschließlich der NEO-Erkennungsmethode ihres Teams und wie sie die Bemühungen zur Verhinderung künftiger Auswirkungen auf die Erde unterstützen wird.

Mainzer sagt: „Wenn wir ein Objekt nur wenige Tage vor dem Aufprall finden, schränkt dies unsere Auswahlmöglichkeiten stark ein. Daher haben wir uns bei unseren Suchanstrengungen darauf konzentriert, NEOs zu finden, wenn sie weiter von der Erde entfernt sind, um maximale Zeit und Öffnung zu gewährleisten ein breiteres Spektrum an Minderungsmöglichkeiten. “

Du wirst wärmer!

Das Auffinden von NEOs ist keine leichte Aufgabe. Mainzer beschreibt es als einen Versuch, einen Kohlenklumpen am Nachthimmel zu entdecken.

Sie führt aus: „NEOs sind von Natur aus schwach, weil sie meist sehr klein und im Weltraum weit von uns entfernt sind.

"Hinzu kommt, dass einige von ihnen so dunkel wie Druckertoner sind und es sehr schwierig ist, sie gegen das Schwarz des Weltraums zu erkennen."

Dies ist ein Bild der vorgeschlagenen Mission der erdnahen Objektkamera (NEOCam), mit der erdnahe Asteroiden und Kometen gefunden, verfolgt und charakterisiert werden sollen. Mit einer thermischen Infrarotkamera würde die Mission die Wärmesignaturen von NEOs messen, unabhängig davon, ob sie hell oder dunkel gefärbt sind. Das Gehäuse des Teleskops ist schwarz lackiert, um seine eigene Wärme effizient in den Weltraum abzustrahlen. Dank seines Sonnenschutzes kann es in der Nähe der Sonne beobachten, wo NEOs in den erdähnlichsten Bahnen einen Großteil ihrer Zeit verbringen. Im Hintergrund ist eine Reihe von Bildern von Hauptgürtel-Asteroiden zu sehen, die von der Prototyp-Mission NEOWISE gesammelt wurden. Die Asteroiden erscheinen als rote Punkte vor den Hintergrundsternen und Galaxien. (NASA)

Anstatt sichtbares Licht zu verwenden, um eingehende Objekte zu erkennen, arbeiteten Mainzer und ihr Team von JPL / Caltech stattdessen mit einem charakteristischen Merkmal von NEOs - ihrer Hitze.

Asteroiden und Kometen werden von der Sonne erwärmt und leuchten so hell bei thermisch-infraroten Wellenlängen. Dies bedeutet, dass sie mit dem NEOWISE-Teleskop (Near-Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer) leichter zu erkennen sind.

Mainzer erklärt: „Mit der NEOWISE-Mission können wir Objekte unabhängig von ihrer Oberflächenfarbe erkennen und damit ihre Größe und andere Oberflächeneigenschaften messen.“

Durch die Entdeckung der NEO-Oberflächeneigenschaften erhalten Mainzer und ihre Kollegen einen Einblick in die Größe und Zusammensetzung der Objekte. Beide Details sind entscheidend für die Entwicklung einer Verteidigungsstrategie gegen eine erdbedrohliche NEO.

Eine Verteidigungsstrategie besteht beispielsweise darin, einen NEO physisch von einer Aufprallbahn der Erde wegzuschieben. Um die für diesen Schub benötigte Energie zu berechnen, sind Details der NEO-Masse und damit Größe und Zusammensetzung entscheidend.

Das NEOWISE-Weltraumteleskop entdeckte am 28. August 2015 den Kometen C / 2013 US10 Catalina, der von der Erde beschleunigte. Dieser Komet schwang aus der Oort-Wolke ein, der Hülle aus kaltem, gefrorenem Material, das die Sonne im entferntesten Teil des Sonnensystems umgibt jenseits der Umlaufbahn von Neptun. NEOWISE hat den Kometen gefangen genommen, als er vor Aktivität sprudelte, die durch die Hitze der Sonne verursacht wurde. Am 15. November 2015 näherte sich der Komet der Sonne am nächsten und tauchte in die Erdumlaufbahn ein. Es ist möglich, dass dies das erste Mal ist, dass dieser alte Komet so nah an der Sonne war. NEOWISE beobachtete den Kometen in zwei wärmeempfindlichen Infrarotwellenlängen von 3,4 und 4,6 Mikrometern, die in diesem Bild als Cyan und Rot farbcodiert sind. NEOWISE hat diesen Kometen in den Jahren 2014 und 2015 mehrmals entdeckt. Fünf der Aufnahmen sind hier in einem kombinierten Bild dargestellt, das die Bewegung des Kometen über den Himmel zeigt. Die vom Kometen ausgestoßenen Mengen an Gas und Staub erscheinen in diesem Bild rot, weil sie sehr kalt sind, viel kälter als die Hintergrundsterne. (NASA)

Die Untersuchung der Zusammensetzung von Asteroiden wird den Astronomen auch helfen, die Umstände zu verstehen, unter denen das Sonnensystem gebildet wurde.

Mainzer sagt: „Diese Objekte sind an sich interessant, weil angenommen wird, dass einige so alt sind wie das ursprüngliche Material, aus dem das Sonnensystem besteht.

"Eines der Dinge, die wir festgestellt haben, ist, dass NEOs in ihrer Zusammensetzung ziemlich unterschiedlich sind."

Mainzer ist nun daran interessiert, Fortschritte in der Kameratechnologie zu nutzen, um bei der Suche nach NEOs zu helfen. Sie sagt: "Wir schlagen der NASA ein neues Teleskop vor, die erdnahe Objektkamera (NEOCam), um Asteroidenpositionen viel umfassender zu kartieren und ihre Größe zu messen."

Natürlich ist die NASA nicht die einzige Weltraumbehörde, die versucht, NEOs zu verstehen - die Mission der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Hayabusa 2, Proben von einem Asteroiden zu sammeln. In ihrem Vortrag erklärt Mainzer, wie die NASA mit der globalen Weltraumgemeinschaft zusammenarbeitet, um den Planeten vor den Auswirkungen der NEO zu schützen.