NASA kommer til å slå et romfartøy inn i en asteroide. Ting kan bli kaotisk.

NASA/Johns Hopkins APL

Dinosaurene hadde ikke et romprogram, så da en asteroide satte kursen mot jorden med navnet sitt på for 65 millioner år siden, hadde de ingen advarsel og ingen måte å forsvare seg på. Vi vet hvordan det ble.

Mennesker er, forståelig nok, opptatt av å unngå den samme skjebnen. Senere i år vil NASA starte et oppdrag for å øve på hvordan vi kan avlede en fremtidig jordbundet asteroide. De Dobbel asteroide omdirigeringstest (DART) skal lanseres så snart 24. november (eller så sent som i februar 2022 ) og det vil ta et år å nå målet: Dimorphos, en asteroide på størrelse med stadion som går i bane rundt en mye større asteroide kalt Didymos.

Planen er å treffe Dimorphos med en hastighet på 6,5 kilometer i sekundet med det bilstore DART-romfartøyet, som veier omtrent en tredjedel av et tonn, og endrer sin nesten 12 timers bane rundt Didymos med noen få minutter. Et oppdrag fra European Space Agency som ankommer fem år senere, kalt Hera, vil sjekke om oppdraget fungerte. Nedslaget vil bare ha en liten effekt på banen, men det burde være nok til å avlede en asteroide fra jordens bane i fremtiden – så lenge vi treffer den langt nok i forveien. Vi gjør dette for å ha muligheten til å forhindre en virkelig katastrofal naturkatastrofe, sier Tom Statler, DART-programforsker ved NASAs hovedkvarter i Washington, DC.

De potensielle endringene i banen til Dimorphos har blitt godt studert. Men til nå har vi ikke visst mye om hva som vil skje med Dimorphos selv etter påvirkningen. Et papir publisert i tidsskriftet Icarus dokumenterer de første simuleringene for å finne ut.

Relatert historie

Dette romfartøyet er klargjort for et enveisoppdrag for å avlede en asteroide Kan en smell i en romstein i 15 000 miles per time hindre den i å treffe jorden? DART-oppdraget har som mål å finne ut.

Ledet av Harrison Agrusa fra University of Maryland, modellerte forskere hvor mye DART kan endre spinn eller rotasjon av Dimorphos ved å beregne hvordan kraften til nedslaget vil endre asteroidens rulling, stigning og giring. Resultatene kan bli dramatiske. Det kan begynne å ramle og gå inn i en kaotisk tilstand, sier Agrusa. Dette var egentlig en ganske stor overraskelse.

Den uventede spinningen byr på noen interessante utfordringer. Det vil øke vanskeligheten med å lande på asteroiden, som ESA håper å prøve med to små romfartøyer på Hera-oppdraget. Det kan også gjøre fremtidige forsøk på å avlede en jordbundet asteroide mer komplisert, ettersom enhver rotasjon kan påvirke en asteroides vei gjennom verdensrommet.

Når DART smeller inn i Dimorphos, vil energien til støtet være sammenlignbar med tre tonn TNT som eksploderer, og sender tusenvis av stykker rusk spyr ut i verdensrommet . Statler beskriver det som en golfbil som kjører i 15 000 miles i timen og knuser inn på siden av en fotballstadion. Kraften av støtet vil ikke forårsake noen umiddelbare endringer i Dimorphos spinn, men i løpet av dager vil ting begynne å endre seg, ifølge Agrusa og teamet hans.

Snart vil Dimorphos begynne å vingle veldig litt. Denne vinglingen vil vokse og vokse ettersom momentumet fra støtet bringer rotasjonen av Dimorphos ut av balanse, uten friksjon i rommets vakuum for å bremse den. Dimorfos kan begynne å spinne på en og annen måte. Det kan begynne å rotere langs sin lange akse, som et rotisseri. For en observatør på Didymos som ser mot himmelen, vil denne tilsynelatende sedate satellitten få en ny form – og begynner å svinge vilt frem og tilbake, og dens tidligere skjulte sider kommer nå til syne.

I løpet av uker kan Dimorphos spinne så mye at den går inn i en kaotisk fallende tilstand der den spinner ukontrollert rundt aksene sine. I mer ekstreme scenarier kan tidevannslåsen med Didymos bryte fullstendig og Dimorphos kan begynne å snu seg pladask, sier Agrusa.

Nøyaktig hva som vil skje vil avhenge av et par ting. Dimorphos sin form vil spille en viktig rolle - hvis den er mer langstrakt i stedet for sfærisk, vil den spinne mer kaotisk. Radarobservasjoner så langt tyder på at den er forlenget, men vi vet ikke før bare timer før DART treffer, når den får sin første visning av sitt lille mål.

Plasseringen av påvirkningen vil også spille en rolle. DART vil sikte mot sentrum av Dimorphos, målet er å gi den største mengden kraft for å endre banen, men jo mer off-senter den er, jo mer kaotisk vil det resulterende spinnet være. I de fleste scenarier bør imidlertid Dimorphos svinge dramatisk frem og tilbake eller falle i mange retninger i løpet av uker.

Når ESAs Hera-oppdrag ankommer fem år senere, kan scenen være ganske dramatisk, med Dimorphos som spinner vilt i sin bane rundt Didymos som et resultat av menneskehetens innflytelse. Det vil sannsynligvis gå tiår eller til og med århundrer før gravitasjonstoget til Didymos returnerer Dimorphos til sin opprinnelige, antatte tidevannslåste tilstand. Muligheten for at Hera kan finne Dimorphos i en kaotisk fallende tilstand er veldig interessant og virkelig spennende, sier Statler.

Heras ankomst vil være den eneste måten vi med sikkerhet vil vite hva som har skjedd med spinnet til Dimorphos, ettersom DART vil bli ødelagt av nedslaget og Dimorphos er for liten til å kunne ses i detalj fra jorden. En liten italienskprodusert satellitt ringte LICIACube vil bli utplassert før sammenstøtet og vil ta bilder under arrangementet når det suser forbi, men det vil bare gjøre det i noen få minutter – ikke lenge nok til å se vinglingen ta tak.

Hera planlegger også å distribuere to mindre satellitter som vil forsøke å lande på overflaten av Dimorphos. Den fallende bevegelsen forventes ikke å hemme denne innsatsen, men den kan gjøre dem vanskeligere. Uten skikkelig planlegging for den kaotiske rotasjonen kan de to små kjøretøyene sprette rundt og ikke helt havne der forskerne vil. Å lande på en så liten kropp er uansett vanskelig, sier Patrick Michel fra det franske nasjonale senteret for vitenskapelig forskning (CNRS), en av oppdragene som leder på Hera og en medforfatter på Agrusas papir. Men [dette] gjør det ikke enklere.

Den fallende bevegelsen til Dimorphos forventes ikke å påvirke DARTs generalprøve for en dag å redde jorden, og den vil heller ikke utgjøre noen fare for oss på planeten, men det kan være noe vitenskapelig nyttig informasjon fra arrangementet. Spinntilstanden til asteroider kan påvirke andre egenskaper, for eksempel hvor mye sollys de reflekterer, noe som kan ha innvirkning på banene deres - muligens noe å ta hensyn til på et fremtidig asteroideavbøyningsoppdrag. Det er ikke så enkelt som å krasje et romfartøy inn i asteroiden, sier astronom Paul Wiegert ved University of Western Ontario. Det er mye fysikk du trenger å forstå.

Å observere systemet i årevis, tiår eller til og med århundrer vil også gi oss en enestående mulighet til å se hvordan et binært asteroidesystem utvikler seg etter å ha opplevd en innvirkning som dette. Hera alene kan gi oss en indikasjon på hvor sterk tidevannseffekten er ved å returnere systemet til normal tilstand, og hjelpe oss å forstå gravitasjonsforholdet mellom to asteroider som disse.

Vi er i ferd med å se hva som skjer når vi smeller en golfbil inn på et stadion. Resultatene kan være ganske kaotiske. Det er veldig kult, sier Federica Spoto, som studerer asteroidedynamikk ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Massachusetts. Vi modifiserer virkelig et system.

gjemme seg