Potwierdzono istnienie ziemskiej asteroidy trojańskiej – może stać się „idealną bazą” do zaawansowanej eksploracji Układu Słonecznego

Dane z NOIRLab pokazują, że trojan trojański jest największą asteroidą odnalezioną przez NSF

Teleskop SOAR, będący częścią Międzyamerykańskiego Obserwatorium Cerro Tololo NOIRLab, pomógł astronomom udoskonalić rozmiar i orbitę największego znanego towarzysza trojańskiego Ziemi.

Skanując niebo bardzo blisko horyzontu o wschodzie słońca, teleskop SOAR w Chile, część Cerro-Tololo Inter-American Observatory, programu NOIRLab NSF, pomógł astronomom potwierdzić istnienie tylko drugiej znanej ziemskiej asteroidy trojańskiej i ujawnia, że ​​ma ponad kilometr szerokości – około trzy razy większy niż pierwszy.

Astronomowie potwierdzili istnienie drugiej znanej ziemskiej asteroidy trojańskiej i odkryli, że jest ona znacznie większa od pierwszej. Ziemski trojan to asteroida, która podąża tą samą ścieżką wokół Słońca, co Ziemia, przed lub za Ziemią na swojej orbicie. Asteroida nazwana 2020 XL5 została odkryta przez teleskop przeglądowy Pan-STARRS1 w 2020 roku, ale astronomowie nie byli wtedy pewni, czy jest to ziemski trojan. Teleskop SOAR obsługiwany przez NOIRLab w Chile pomógł potwierdzić, że jest to trojan ziemski i odkrył, że ma ponad kilometr średnicy – prawie trzy razy większy niż inny znany trojan ziemski.

Korzystając z 4,1-metrowego teleskopu SOAR (Southern Astrophysical Research) na Cerro Pachón w Chile, astronomowie pod kierownictwem Toni Santana-Ros z Uniwersytetu w Alicante i Instytutu Nauk Kosmicznych Uniwersytetu w Barcelonie obserwowali niedawno odkrytą asteroidę 2020 XL₅ ograniczyć jego orbitę i rozmiar. Ich wyniki potwierdzają, że 2020 XL₅ jest ziemskim trojanem – towarzyszem planetoidy Ziemi, który krąży wokół Słońca po tej samej ścieżce, co nasza planeta – i jest największym z dotychczas znalezionych.

„Trojany to obiekty dzielące orbitę z planetą, skupione wokół jednego z dwóch specjalnych, zrównoważonych grawitacyjnie obszarów wzdłuż orbity planety, znanych jako punkty Lagrange’a”.^[1] mówi Cesar Briceño z NOIRLab NSF, który jest jednym z autorów artykułu opublikowanego dzisiaj w Nature Communications, opisującego wyniki, i który pomógł dokonać obserwacji za pomocą Teleskopu SOAR w Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), programu NSF NOIRLab, w marcu 2021 r.

Wiadomo, że kilka planet Układu Słonecznego ma asteroidy trojańskie, ale 2020 XL₅ jest dopiero drugą znaną asteroidą trojańską znalezioną w pobliżu Ziemi.^[2]

Punkty Lagrange’a to miejsca w kosmosie, w których siły grawitacyjne dwóch masywnych ciał, takich jak Słońce i planeta, równoważą się, ułatwiając orbitowanie tam obiektów o małej masie (takich jak statek kosmiczny lub asteroida). Ten diagram pokazuje pięć punktów Lagrange’a dla układu Ziemia-Słońce. (Wielkość Ziemi i odległości na ilustracji nie są w skali). Źródło:
NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva, Podziękowania: M. Zamani (NOIRLab NSF)

Obserwacje XL 2020₅ zostały również wykonane za pomocą 4,3-metrowego Lowell Discovery Telescope w Lowell Observatory w Arizonie oraz 1-metrowej Optical Ground Station Europejskiej Agencji Kosmicznej na Teneryfie na Wyspach Kanaryjskich.

Odkryty 12 grudnia 2020 r. przez teleskop do przeglądów Pan-STARRS1 na Hawajach, 2020 XL₅ jest znacznie większy niż pierwszy odkryty trojan ziemski, zwany 2010 TK₇. Naukowcy odkryli, że 2020 XL₅ ma około 1,2 kilometra (0,73 mili) średnicy, około trzy razy większą niż pierwsza (2010 TK₇ szacuje się, że ma mniej niż 400 metrów średnicy).

Kiedy 2020 XL₅ została odkryta, jej orbita wokół Słońca nie była wystarczająco dobrze znana, aby stwierdzić, czy była to jedynie asteroida zbliżająca się do Ziemi przecinająca naszą orbitę, czy też był to prawdziwy trojan. Pomiary SOAR były tak dokładne, że zespół Santany-Ros był wtedy w stanie cofnąć się i wyszukać 2020 XL₅ na archiwalnych zdjęciach z lat 2012-2019 wykonanych w ramach przeglądu ciemnej energii przy użyciu kamery ciemnej energii (DECam) na 4-metrowym teleskopie Víctora M. Blanco, znajdującym się w CTIO w Chile. Dysponując danymi z prawie 10 lat, zespół był w stanie znacznie poprawić naszą wiedzę na temat orbity asteroidy.

Ta grafika pokazuje, gdzie ziemska asteroida Trojańska 2020 XL5 pojawiłaby się na niebie z Cerro Pachón w Chile, gdy asteroida krążyła wokół punktu 4 Ziemia-Słońce Lagrange’a (L4). Strzałki pokazują kierunek jego ruchu. Teleskop SOAR pojawia się w lewym dolnym rogu. Widoczna jasność asteroidy wynosi około 22 magnitudo, poza zasięgiem czegokolwiek poza największymi teleskopami. Źródło: NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva

Chociaż inne badania potwierdziły identyfikację asteroidy trojańskiej,^[3] nowe wyniki sprawiają, że determinacja jest znacznie bardziej solidna i dostarcza szacunków wielkości 2020 XL₅ i jaki to rodzaj asteroidy.

„Dane SOAR pozwoliły nam dokonać pierwszej analizy fotometrycznej obiektu, ujawniając, że 2020 XL₅ jest prawdopodobnie asteroidą typu C, o rozmiarze większym niż jeden kilometr ”- mówi Santana-Ros. Asteroida typu C jest ciemna, zawiera dużo węgla i jest najczęstszym typem asteroidy w Układzie Słonecznym.

Wyniki pokazały również, że 2020 XL₅ nie pozostanie na zawsze asteroidą trojańską. Pozostanie stabilna w swojej pozycji przez co najmniej kolejne 4000 lat, ale w końcu zostanie zaburzona grawitacyjnie i ucieknie, by wędrować w kosmosie.

2020 XL₅ i 2010 TK₇ może nie być sam – może być znacznie więcej trojanów na Ziemi, które do tej pory nie zostały wykryte, ponieważ pojawiają się blisko Słońca na niebie. Oznacza to, że poszukiwania i obserwacje ziemskich trojanów muszą być wykonywane blisko wschodu lub zachodu słońca, z teleskopem skierowanym blisko horyzontu, przez najgrubszą część atmosfery, co skutkuje słabymi warunkami widzenia. SOAR był w stanie skierować się w dół do 16 stopni nad horyzontem, podczas gdy wiele 4-metrowych (i większych) teleskopów nie jest w stanie celować tak nisko.^[4].

„Były to bardzo wymagające obserwacje, wymagające prawidłowego śledzenia przez teleskop w najniższym limicie wysokości, ponieważ obiekt o świcie znajdował się bardzo nisko na zachodnim horyzoncie” – mówi Briceño.

Niemniej jednak nagroda za odkrycie ziemskich trojanów jest warta wysiłku w ich odnalezieniu. Ponieważ są one wykonane z prymitywnego materiału, którego początki sięgają narodzin Układu Słonecznego i mogą reprezentować niektóre cegiełki, z których powstała nasza planeta, są atrakcyjnymi celami przyszłych misji kosmicznych.

„Jeżeli będziemy w stanie odkryć więcej ziemskich trojanów i jeśli niektóre z nich mogą mieć orbity o mniejszym nachyleniu, dotarcie do naszego Księżyca może stać się tańsze” – mówi Briceño. „Mogą więc stać się idealną bazą do zaawansowanej eksploracji Układu Słonecznego, a nawet mogą być źródłem zasobów”.

Uwagi

1. Punkty Lagrange’a to grawitacyjnie zrównoważone regiony wokół dwóch masywnych ciał, takich jak Słońce i planeta. Układ Ziemia-Słońce ma pięć punktów Lagrange’a: L1 znajduje się między Ziemią a Słońcem; L2 znajduje się po przeciwnej stronie Ziemi od Słońca; L3 znajduje się po przeciwnej stronie Słońca niż Ziemia; a L4 i L5 leżą wzdłuż orbity Ziemi, jedna 60 stopni przed naszą planetą wzdłuż jej orbity, a druga 60 stopni za nią. (Ilustracja w środku tego artykułu ilustruje ich pozycje.) Asteroidy trojańskie znajdują się na L4 i L5. Dwa znalezione do tej pory trojany Ziemi znajdują się na L4.
2. NASA spacecraft called Lucy has recently launched on a mission to explore them. Venus, Mars, Uranus, and Neptune are also known to have Trojan asteroids.
3. Man-To Hui (Macau University of Science and Technology) and collaborators published observations in the Astrophysical Journal Letters in December 2021 supporting the Trojan nature of 2020 XL₅.
4. These kinds of observations low in the sky are also the ones that will be most affected by the increasing number of satellite constellations.

More information

This research is presented in a paper titled “Orbital stability analysis and photometric characterization of the second Earth Trojan asteroid 2020 XL₅” published on 1 February 2022 in Nature Communications.

Reference: “Orbital stability analysis and photometric characterization of the second Earth Trojan asteroid 2020 XL₅” by T. Santana-Ros, M. Micheli, L. Faggioli, R. Cennamo, M. Devogèle, A. Alvarez-Candal, D. Oszkiewicz, O. Ramírez, P.-Y. Liu, P. G. Benavidez, A. Campo Bagatin, E. J. Christensen, R. J. Wainscoat, R. Weryk, L. Fraga, C. Briceño and L. Conversi, 1 February 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-27988-4

The team is composed of T. Santana-Ros (Departamento de Fisica, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal, Universidad de Alicante; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona), M. Micheli (ESA NEO Coordination Centre), L. Faggioli (ESA NEO Coordination Centre), R. Cennamo (ESA NEO Coordination Centre), M. Devogèle (Arecibo Observatory; University of Central Florida), A. Alvarez-Candal (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC; Instituto de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías, Universidad de Alicante; Observatório Nacional / MCTIC), D. Oszkiewicz (Faculty of Physics, Astronomical Observatory Institute), O. Ramírez (Solenix Deutschland), P.-Y. Liu (Instituto de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías, Universidad de Alicante), P.G. Benavidez (Departamento de Fisica, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal, Universidad de Alicante; Instituto de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías, Universidad de Alicante), A. Campo Bagatin (Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal, Universidad de Alicante; Instituto de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías, Universidad de Alicante), E.J. Christensen (Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona,), R. J. Wainscoat (Institute for Astronomy, University of Hawaii), R. Weryk (Department of Physics and Astronomy, University of Western Ontario), L. Fraga (Laboratório Nacional de Astrofísica LNA/MCTI), C. Briceño (Cerro Tololo Inter-American Observatory/NSF’s NOIRLab), and L. Conversi (ESA NEO Coordination Centre; ESA ESRIN).