Новые загадки первого межзвездного объекта и дальнейшее развитие крупных

za_neptunie — 30.06.2018

   Космический телескоп “Хаббл” стал последним астрономическим инструментом, который видел первый межзвездный объект (1I Oumuamua) 2 января нынешнего года. В тот момент объект удалился от Солнца почти на три астрономические единицы и стал слабее 27 звездной величины. В последний день наблюдений крупнейший космический телескоп сделал с помощью камеры WFC3 (канал UVIS) 10 снимков 1I с экспозициями по 6 минут.

   Наблюдения космических телескопов “Хаббл” и “Спитцер” оставались до последнего времени единственными неопубликованными наблюдениями 1I. Только пару дней назад появилась первая публикация по анализу наблюдений “Хаббла”. Как и прошлые научные публикации, свежая научная работа вызывает новые вопросы о свойствах трудноуловимой популяции астрономических объектов.


    Анализ 177 астрометрических измерений, сделанных с помощью наземных телескопов, и 30 астрометрических измерений телескопа HST позволил сделать удивительную находку. Оказалось, что объект 1I испытывает значительное негравитационное ускорение (его статистическая значимость составляет около 30 сигм). Наблюдаемое положение 1I 2.5-месячном интервале испытало отклонение от расчетного на несколько десятков тысяч километров. Наблюдаемое отклонение большей частью можно описать простым степенным законом. Авторы иллюстрирует это графиком наблюдаемых остатков в наблюдаемом положении 1I без учета негравитационного ускорения (слева) и с учетом негравитационного ускорения в форме степенного закона (справа):



    Хорошо видно, что введение ускорения по степенному закону позволяет устранить большинство разночтений между наблюдаемым и вычисленным расстоянием. При учете гравитационных сил авторы исследования использовали следующие тела Солнечной Системы: Солнце, 8 планет, Плутон, Луна, 16 самых массивных тел астероидного пояса, а так же релятивистские эффекты теории относительности.

   Наземные наблюдения за период между серединой октября и серединой ноября показывают отклонения от расчетной траектории на статистическом уровне значимости в 5 сигм. Завершающие наблюдения “Хаббла” увеличивают эту разницу до статического уровня значимости в 30 сигм. При этом наибольшее отклонение в угловых секундах наблюдается у наземного телескопа Каталина при наблюдениях 14 октября (22 угловых секунды).

   Обнаружение негравитационного ускорения стало большой неожиданностью, так как даже самые чувствительные снимки 1I, сделанные на 8-метровом телескопе VLT и космическом телескопе “Хаббл” не показывают никакой кометной активности. Эти наблюдения позволяют получить верхний предел скорости кометных выбросов в 1 кг в секунду для пылевых частиц микронного размера.



   В связи с этим авторы исследования считают наиболее вероятным вариант кометных выбросов более массивных пылевых частиц размером в несколько сотен микрон, которые плохо заметны на снимках в оптическом диапазоне. Наблюдаемое негравитационное ускорение 1I (вертикальная отметка) сравнимо с небольшой долей известных комет с самым большим зарегистрированным негравитационным ускорением:



   Достоверное обнаружение следов кометной активности 1I через наблюдение негравитационного ускорения с одной стороны сильно облегчило теоретикам задачу объяснения необычных наблюдаемых свойств 1I. Так современные теоретические представления предполагают очень значительное преобладание популяции ледяных тел над каменными небесными объектами. Кроме того кометная природа 1I упрощает объяснение необычно большой амплитуды фазовой кривой первого межзвездного объекта (2.5 звездных величин): статистика амплитуд фазовых кривых небольших кометных ядер известна гораздо хуже по сравнению с аналогичной статистикой для небольших астероидов.



   С другой стороны авторы исследования не уверены в достоверности своего объяснения наблюдений ускорения выбросами аномально крупных пылевых частиц. Так в случае сильной фрагментации объекта снимки лучших телескопов мира могли бы обнаружить другие объекты рядом с 1I размером вплоть до одного метра. В связи с этим они рассматривают несколько вариантов возможности того, что 1I представляет собой искусственный объект. В частности наблюдаемое ускорение можно объяснить давлением солнечных лучей. В этом случае средняя плотность объекта должна быть на 3-4 порядка меньше, чем типичная средняя плотность небольших астероидов Солнечной Системы. То есть 1I может представлять собой сверхпрочный объект с большими полостями. В этом случае можно вспомнить, что советский астроном Иосиф Шкловский и американский астроном Карл Саган в 1959 году высказали предположение о пустотелости Фобоса на основе его необъяснимо высокого ускорения на орбите Марса. Позже оказалось, что вековое ускорение Фобоса было переоценено, и его можно объяснить воздействием приливных сил Марса.

   Так же ускорение объекта может быть вызвано его сильным магнитным полем, которое будет взаимодействовать с магнитным полем Солнца и заряженными частицами солнечного ветра. Простейший пример такого взаимодействия – это EmDrive или т.н. “гравицапа”. Впрочем, в этом случае у объекта должно возникать достаточно сильное радиоизлучение, которое могло быть обнаружено земными радиотелескопами. Но, как известно, несколько попыток радиопрослушивания 1I привели к нулевым результатам.

   Как бы то ни было, загадка физической природы 1I осталась неразгаданной. Ни одно космическое агентство в мире не высказало планов отправки исследовательского зонда к 1I c целью его детального исследования. Остаётся лишь дожидаться результаты инфракрасных наблюдений космического телескопа “Спитцер”, которые уточнят размеры 1I и альбедо его поверхности. Кроме того новая сверхточная астрометрия телескопа “Хаббл” должна упростить поиск домашней системы первого межзвездного объекта. Впрочем, обнаруженное ускорение усложняет последнюю задачу.

    Теоретические расчеты показывают, что следующий межзвездный объект может быть открыт через несколько лет. Неожиданное открытие 1I и регистрация его аномального ускорения ещё раз показывает актуальность всенебесных обзоров неба с как можно большей чувствительностью. Ведь нежданные небесные тела представляют собой не только фундаментальный научный интерес, но и несут нешуточную угрозу человеческой цивилизации. Так, если большинство крупных околоземных астероидов уже каталогизировано, и находятся под контролем, то популяция комет и межзвездных объектов по-прежнему является крайне малоизученной. Конечно, на последние категории небесных тел приходятся лишь считанные проценты от всех столкновений с Землей, но, тем не менее, эту угрозу не стоит недооценивать.

   2 июня астероидный обзор Каталина обнаружил небесное тело за несколько часов до его столкновения с Землей. Астероид размером в несколько метров получил обозначение 2018 LA. Столкновение произошло над Ботсваной, и регистрировалось как очевидцами, так и инфразвуковой станцией, а так же инфракрасными детекторами спутников. Выделавшаяся энергия при прохождении атмосферы составила около тысячи тонн тротила.



  Этот случай стал третьим за последние годы: до этого похожая история случилась с астероидами 2008 TC3 и 2014 AA. Впрочем, не исключено что падение 2014 AA на самом деле не произошло, так как его зарегистрировали лишь инфразвуковые станции, без регистрации инфракрасными детекторами спутников (инфразвуковые станции могли принять за взрыв какое-то другое акустическое событие).



   Примечательно, что все столкнувшиеся тела были обнаружены обзором Каталина. Этот же обзор смог первым обнаружить и 1I, за 4 дня до обнаружения его телескопом PS1, но, к сожалению, программное обеспечение обзора Каталина не смогло правильно интерпретировать необычную траекторию межзвездного объекта. Впрочем, в последнем случае (2018 LA), столкнувшийся астероид удалось обнаружить и на снимках другого перспективного обзора – ATLAS, который в настоящее время стал третьим по продуктивности при поисках астероидов.

   Вместе с тем астрономические средства обнаружения опасных небесных объектов продолжают оставаться крайне несовершенными. Так из 750 столкновений с энерговыделением больше 73 тонн тротила, которые были зарегистрированы инфракрасными детекторами спутников после 1988 года, астрономы заранее обнаружили только два случая (2008 TC3 и 2018 LA). Среди необнаруженных случаев наиболее примечательным является Челябинский метеорит с размером около 17 метров, который вызвал атмосферный взрыв мощностью в 440 тысяч тонн тротила.

   Межзвездные и долгопериодические кометы являются ещё более опасными для земной цивилизации по причине негравитационных возмущений их траектории и возможности их первоначального обнаружения лишь за пару лет до столкновения. Так в недавнем релизе обсерватории ESO наглядно показывается, что величина отклонения траектории 1I от расчетной за полгода может увеличиться до 100 тысяч километров:



   100 тысяч километров – это примерно 10 диаметров Земли. Тем самым очевидно, что для оценки угрозы столкновения кометы с Землей потребуется как можно более ранее обнаружение опасной кометы с целью уточнения её негравитационных возмущений траектории. Кроме того более ранее обнаружение опасной кометы требуется и для создания большего резерва по времени с целью отправки межпланетного зонда, который отклонит комету от траектории столкновения с Землей. Хорошим примером необходимости, как можно более раннего обнаружения опасного объекта является “черепашья” скорость сближения с главной целью миссии Розетта и нынешние снимки с японского зонда “Хаябуса-2” при подлете:





   Основная задача заблаговременного обнаружения опасных объектов в ближайшие годы ляжет на 8-метровый обзорный телескоп LSST, сооружение которого завершается в Чили (общая стоимость проекта около миллиарда долларов). Теоретически этот телескоп за 10 лет работы сможет увеличить число каталогизированных объектов Солнечной Системы с 700 тысяч до 6 миллионов. Тем не менее, этот проект не является панацеей, так как ослепительный свет Солнца не позволяет телескопам на поверхности Земли наблюдать львиную часть неба. В связи с этим в последние годы получают всё большее распространение проекты инфракрасных обзорных космических телескопов. Большим преимуществом инфракрасных телескопов является тот факт, что пик теплового излучения большинства объектов Солнечной Системы (кроме Солнца) находится в инфракрасном диапазоне.

    Так небольшой обзорный инфракрасный телескоп WISE на полярной орбите Земли обнаружил несколько тысяч неизвестных объектов Солнечной Системы. Но возможности этого телескопа крайне ограничены. В связи с этим группа телескопа WISE под руководством Эми Майнзер уже много лет разрабатывает проект нового обзорного инфракрасного космического телескопа NEOCam. Данный телескоп будет обладать апертурой в 50 см с полем зрения в 11.6 квадратных угловых градусов (для сравнения апертура телескопа WISE составляет 40 см при поле зрения в 0.6 квадратных угловых градусов). Угловое разрешение нового телескопа будет соответствовать WISE – 3 угловых секунды на каждый пиксель.



   Планируется, что телескоп будет осуществлять 5-10 летние наблюдения из первой точки либрации системы Земля-Солнце. Сейчас, к примеру, в этой точке работает солнечная обсерватория SOHO. Ожидается, что за сутки телескоп NEOCam будет фотографировать примерно 4.5 тысячи квадратных градусов неба, передавая на Землю 8 гигабайт данных.



   Планируется, что NEOCam за 10-летнюю миссию обнаружит более миллиона астероидов главного пояса, тысячи комет и 75% всех околоземных астероидов размером больше 140 метров (их число оценивается в 100 тысяч). Ожидается, что среди обнаруженных околоземных астероидов будет находится больше тысячи объектов, находящихся на траектории столкновения с Землей.

   В отличие от WISE, которые проводил наблюдения при элонгации в 90 градусов, NEOCam будет фотографировать более близкие области неба к Солнцу. Элонгация наблюдений телескопа NEOCam составит 40-125 градусов. Длительность экспозиций будет равна 3 минутам (у WISE около 10 секунд), за 5 суток телескоп будет покрывать наблюдениями всю свою поисковую область:



    Ожидается, что телескоп будет проводить наблюдения с длительностью больше 23 часов каждые сутки миссии. Большим преимуществом выбранного рабочего диапазона (3-5 и 6-10 микрон) является тот факт, что в нём число наблюдаемых звезд и галактик по сравнению с оптическим диапазоном сокращается в сотни раз:



   Небольшой 50-см космический инфракрасный телескоп способен за 3-минутные экспозиции обнаруживать тусклые астероиды с видимым блеском в оптическом диапазоне около 24-25 звездной величины. Дополнительным плюсом миссии станет тот факт, что за 10 лет работы будет накоплено огромное количество снимков большей части неба (около 30 тысяч квадратных градусов) в диапазоне 3-10 микрон. Эти снимки станут крайне полезными для поисков ближайших и самых холодных блуждающих планет, а так же неизвестных планет Солнечной Системы. Так ожидается, что чувствительность снимков NEOCam будет примерно на 2 звездных величины лучше, чем у проектов SPHEREx и WISE:




   Важно отметить, что самые холодные коричневые карлики видны лишь на длинах волн больше 4 микрон:



    Для сравнения другие крупные инфракрасные космические телескопы работают на гораздо более коротких волнах. Так телескопы WFIRST и Эвклид будут получать снимки неба только до длины волны в 2 микрон.

    В настоящее время проект близок к окончательному утверждению в рамках конкурса Дискавери. Хотя NASA в январе 2017 года выбрало для реализации две астероидных миссии, тем не менее, для проекта NEOCam было одобрено выделение дополнительного финансирования с целью лучшей проработки проекта миссии.

    Как говорилось выше, элонгация наблюдений NEOCam ограничена 40 градусами. Для устранения этого недостатка в последние годы предлагался проект телескопа Sentinel, который должен был работать на гелиоцентрической орбите Венеры. Этот телескоп обладал апертурой в 50 см, сдвоенным полем зрения шириной в 5.5 угловых градусов с возможностью сканирования за час области неба площадью в 165 квадратных градусов и рабочим диапазоном в 7-15 микрон.



   Ожидалось, что телескоп за 6.5-10 лет работы сможет открыть уже не 75%, а 90% всех околоземных астероидов с диаметром больше 140 метров. Проект пытались реализовать за счет частных инвестиций горнодобывающих компаний, планирующих разработку полезных ископаемых на астероидах. Однако в 2017 году было решено изменить проект с одного телескопа на созвездие небольших аппаратов.



   Между тем актуальность наличия астрономических инструментов для наблюдения интересных небесных объектов вблизи Солнца не спадает. В настоящее время возможностью таких наблюдений могут похвастаться лишь солнечные обсерватории, которые могут регистрировать звезды с видимой яркостью до 6 звездных величин в поле своего зрения. С другой стороны 0.85-метровый инфракрасный телескоп “Спитцер” находится для земного наблюдателя сейчас почти точно позади Солнца:



    Ширина поля зрения этого телескопа составляет только 5 угловых минут. Ожидается, что данный телескоп проработает до ноября 2019 года. После этого способность земной астрономии наблюдать области с низкой элонгацией ограничатся солнечными обсерваториями и межпланетными станциями. Планируется использовать для таких наблюдений даже удаленный зонд “Новые горизонты”. В недавней публикации сообщается, что 4-ая продленная миссия “Новых Горизонтов” в 2025-2026 годах с удалением от Солнца в 60-70 а.е. (миссия EM4) будет представлять собой наблюдения транзиентов, которые не видны с Земли по причине видимой близости к Солнцу. Самым наглядным примером такого транзиента может быть вспышка близкой сверхновой или новой.

    Российские астрономы так же активно участвуют в поисках и исследованиях околоземных объектов. Так в последнем выпуске Астрофизического бюллетеня приведены результаты поляриметрических наблюдений околоземных астероидов на 6-метровом телескопе обсерватории САО и регистрация отражения радиолокационных сигналов от околоземных астероидов с помощью 32-метровых радиотелескопов российской системы “Квазар-КВО” (излучателем является 70-метровый радиотелескоп в Гоулдстоне (Калифорния)). Расположение 32-метровых радиотелескопов РСДБ “Квазар-КВО”:



   Результаты приема отраженных радиосигналов от околоземных астероидов:

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив