Webb ja Hubble tallensivat yksityiskohtaisia näkymiä DARTin törmäyksestä

Kaksi suurta observatoriota, NASA/ESA/CSA James Webb-avaruusteleskooppi ja NASA/ESA Hubble-avaruusteleskooppi, ovat ottaneet kuvia ainutlaatuisesta kokeesta, jolla avaruusalus murskattiin pieneen asteroidiin. NASAn Double Asteroid Redirection Test (DART) – luotaimen törmäys on ensimmäinen kerta, kun Webbia ja Hubblea käytettiin tarkkailemaan samanaikaisesti samaa kohdetta.

Nämä kuvat, Hubblen vasemmalla ja Webbin oikealla, jotka otettiin Dimorphosista useita tunteja sen jälkeen, kun DART osui asteroidikuuhun. Kuvat NASA, ESA, CSA ja STScI.

DART törmäsi tarkoituksella Dimorphosiin 26. syyskuuta 2022 klo 14.15 EEST. Asteroidi on Didymosin kaksoisasteroidijärjestelmän kuun. Se oli maailman ensimmäinen kineettisen törmäystekniikan testi, jossa avaruusaluksella ohjattiin asteroidia muuttamaan kohteen kiertorataa. DART on testi maapallon puolustamiseksi mahdollisia asteroideja tai komeettoja vastaan.

Havainnot ovat enemmän kuin vain toiminnallinen virstanpylväs kummallekin teleskoopille – on olemassa myös keskeisiä tieteellisiä kysymyksiä, jotka liittyvät aurinkokuntamme rakenteeseen ja historiaan, joita tutkijat voivat tutkia yhdistäessään näiden observatorioiden ominaisuuksia.

Nämä NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin ottamat kuvat on otettu 22 minuuttia, 5 tuntia ja 8,2 tuntia DART törmäyksen jälkeen. Kuvissa näkyy laajenevia heitepilviä asteroidista. Kuvat NASA, ESA, CSA ja STScI.

Webbin ja Hubblen yhdessä tekemät havainnot antavat tutkijoille mahdollisuuden saada tietoa Dimorphoksen pinnan rakenteesta ja siitä, kuinka paljon materiaalia törmäyksessä sinkoutui ja kuinka nopeasti se tapahtui. Lisäksi Webbin ja Hubblen välisen suuren aallonpituuksien vaikutuksen tarkkaileminen paljastaa hiukkaskokojen jakautumisen laajentuvassa pölypilvessä, mikä auttaa määrittämään, heittikö se pois paljon suuria kappaleita vai enimmäkseen hienoa pölyä. Näiden tietojen yhdistäminen auttaa tutkijoita ymmärtämään, kuinka tehokkaasti kineettinen isku voi muuttaa asteroidin kiertorataa.

Webb teki yhden havainnon törmäyspaikasta ennen törmäystä ja sitten useita havaintoja seuraavien muutaman tunnin aikana. Webbin Near-Infrared Camera (NIRCam) -kameran kuvissa näkyy tiukka, kompakti ydin, jossa materiaalisävyt näkyvät sirpaleina, jotka virtaavat pois iskukohdan keskustasta.

Vaikutusten havainnointi Webbillä toi lentotoiminnan, suunnittelun ja tiederyhmille erittäin ainutlaatuisia haasteita. Koska asteroidi etenee taivaalla, tiimit työskentelivät törmäystä edeltäneiden viikkojen aikana mahdollistaakseen ja testatakseen menetelmää, jolla seurataan asteroideja, jotka liikkuvat yli 3 kertaa nopeammin kuin Webbille asetettu alkuperäinen seurannan nopeusrajoitus.

Tämä Webbin NIRCam -instrumentin ottama kuva näyttää Dimorphosin noin 4 tuntia törmäyksen jälkeen.  Kuvassa näkyy tiivis, kompakti ydin ja materiaalisäteet, jotka virtaavat pois iskukohdan keskustasta. Terävät piikit ovat Webbin kahdeksan diffraktiosäteitä, jotka aiheutuvat teleskoopin rakenteista. Kuva NASA, ESA, CSA ja STScI.

Tutkijat aikovat myös tarkkailla asteroidia tulevina kuukausina käyttämällä Webbin keski-infrapunainstrumenttia (MIRI) ja Webbin lähi-infrapunaspektrografia (NIRSpec). Spektroskooppiset tiedot antavat tutkijoille käsityksen asteroidin kemiallisesta koostumuksesta.

Webb havaitsi törmäyksen vaikutuksia yhteensä viiden tunnin aikana ja otti 10 kuvaa. Tiedot kerättiin osana Webbin Cycle 1 Guaranteed Time Observation Program 1245 -ohjelmaa, jota johti Heidi Hammel Astronomy-yliopistojen liitosta (AURA).

Hubble onnistui myös tallentamaan havaintoja kuusta ennen törmäystä, sitten taas 15 minuuttia sen jälkeen, kun DART törmäsi Dimorphosin pintaan. Hubblen laajakuvakameran kolme kuvaa näyttävät törmäyksen näkyvässä valossa. Iskusta poistuva heitteet näyttävät säteiltä, ​​jotka lähtevät asteroidin pinnasta.

Jotkut säteistä näyttävät olevan hieman kaarevia, mutta tähtitieteilijöiden on tarkasteltava tarkemmin, mitä tämä voisi tarkoittaa. Hubble-kuvissa tähtitieteilijät arvioivat, että Didymosin kirkkaus kasvoi kolmin kertaiseksi törmäyksen jälkeen, ja he ovat myös erityisen kiinnostuneita siitä, kuinka kirkkaus pysyi vakaana jopa kahdeksan tuntia törmäyksen jälkeen.

Hubble tarkkailee Dimorphosta vielä kymmenen kertaa seuraavan kolmen viikon aikana. Nämä säännölliset, suhteellisen pitkän aikavälin havainnot, kun heitepilvi laajenee ja himmenee ajan myötä, maalaavat täydellisemmän kuvan pilven laajenemisesta ulostyöntymisestä sen katoamiseen.

Hubble otti 45 kuvaa juuri ennen DARTin Dimorphos-iskua ja sen jälkeen. Hubble-tiedot kerättiin osana Cycle 29 General Observers Program 16674 -ohjelmaa.

Lokakuussa 2024 lähtevä ESAn Hera-luotain suorittaa yksityiskohtaisia iskun jälkeisiä havaintoja kohteena olevasta asteroidista Dimorphosista. Hera muuttaa suuren mittakaavan kokeilun hyvin ymmärrettäväksi ja toistettavaksi planeettapuolustustekniikaksi. Hera esittelee uusia tekniikoita autonomisesta navigoinnista asteroidin kiertoradalla matalassa gravitaatiossa tapahtuviin operaatioihin. Hera on ihmiskunnan ensimmäinen luotain, joka kohtaa binaarisen asteroidijärjestelmän ja Euroopan lippulaivan Planetary Defenderin.

NASAn DART- ja ESAn Hera-luotaimet tukevat samat kansainväliset tiedemiesten ja tähtitieteilijöiden ryhmät, ja se tapahtuu kansainvälisen yhteistyön kautta nimeltä AIDA – Asteroid Impact and Deflection Assessment. Planeetan puolustuksella ei ole rajoja, ja se on loistava esimerkki siitä, mitä kansainvälisellä yhteistyöllä voidaan saavuttaa. 

LICIACube lähetti kuvia törmäyksestä

Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids lyhemmin LICIAcube on lähettänyt ensimmäiset kuvansa törmäyksestä. Niissä näkyy, kuinka voimakkaan räjähdyksen DART-luotain sai aikaan Didymos asteroidin pienen Dimorphos kuun pinnalla. Räjähdys aiheutui pelkästään luotaimen kineettisestä energiasta, sillä luotaimessa ei ollut räjähdysainetta.

DART-luotaimen osuma synnytti voimakkaan räjähdyksen ja se muodosti myös selkeän säteiskuvion. Etualan kirkas alue on Didymos asteroidi, jonka kuu Dimorphos on. Kuva (ASI/NASA).

Törmäys aiheutti valtavan pölypilven, jota pystyttiin havaitsemaan maanpinnalta. LICIAcube seurasi DART-luotainta muutaman minuutin viipeellä ja pystyi valokuvaamaan koko tapahtumasarjan. Erityisen mielenkiintoista kuvissa on se, että törmäyksen roiskeet muodostivat säteitä törmäyskraatterin ympärille. Tällaisia säteitä on aikaisemmin nähty Kuussa mm Tycho ja Copernicus kraattereiden ympärillä.

DARTin osumatarkkuus oli erittäin hyvä. Luotain oli suunnattu asteroidin keskipisteeseen ja tutkijat päättelivät kuvista, että se osui vain 17 metriä suunnitellusta kohdasta sivuun. Osumatarkkuutta voidaan pitää erittäin hyvänä, sillä koko asteroidin halkaisija on vain noin 160 metriä. Tikkataulussa (engl. dart board) häränsilmä on suhteellisesti samankokoinen alue keskipisteessä.

 

DARTin törmäys havaittiin maanpinnalta useasta paikasta

NASA DART-luotain törmäsi onnistuneesti Dimorphos-nimiseen Didymos asteroidin kuuhun varhain tiistaiaamuna Suomen aikaa. Törmäystä havaittiin myös maanpinnalta useassa observatoriossa itäisellä pallonpuoliskolla. Törmäyksen ajateltiin kasvattavan asteroidikuun kirkkautta jonkin verran, mutta lopulta kirkastumisen lisäksi observatorioissa havaittiin kirkkaan pölypilven eteneminen avaruuteen. Tässä suhteessa törmäys ja sen havaitseminen onnistuivat yli odotusten. Havaintoja pystyttiin tekemään Intian valtameren ympäristössä mm. Etelä-Afrikasta ja La Reunionin saarelta Les Makes Observatorista (oheinen video).

 

DARTin massa oli noin 570 kg ja törmäysnopeus noin 6,3 km/s. Tutkijat arvioivat, että törmäyskraatterin halkaisija saattaisi olla jopa 14 metriä. Riippuen asteroidin koostumuksesta, jopa lähes koko törmäyskraatteri on tyhjentynyt avaruuteen. Jos näin on käynyt, niin kuin havaintojen valossa näyttää tapahtuneen, pölyä ja kiveä pilvessä on ollut valtava määrä.

Törmäyskraatterista saadaan kuvia vasta vuoden 2026 joulukuussa, kun Euroopan avaruusjärjestön Hera-luotain aloittaa asteroidiparin havainnot. ESA lähettää Hera-luotaimen avaruuteen loka-marraskuussa 2024. Hera-luotain kuljettaa mukanaan kaksi cube-satelliittia (Milani ja Juventas). Milanin rakentajaryhmä on 12 yrityksestä ja tutkimuslaitoksesta Italiasta, Tšekistä ja Suomesta. Suomalaiset tutkijat ovat VVT:ltä ja Helsingin yliopistosta. Juventasin rakentaja ovat Luxenburgista, Tanskasta, Romaniasta ja Puolasta.

Spaceweather.com sivulla on julkaistu ATLAS-observatorion julkaisema video törmäyspilvestä. Atlas observatorio julkaisi videon alun perin Tvitterissä.

DART onnistui törmäyksessään

NASAn DART-luotain onnistui törmäämään Dimorphos asteroidiin. Törmäys tapahtui kello 02.15.04 Suomen aikaa. Oheinen kuvaa on otettu vain hetki ennen törmäystä. Tässä vaiheessa ei ole enempää tietoja käytettävissä.

Kuva NASA.

Katso NASAn tuottama animaatio törmäyksestä tästä!

Katso video törmäyksestä DARTin kamerakuvista!

Vihoviimeinen kuva ennen törmäystä. Kuvan lähetys keskeytyi kun törmäys tapahtui. Kuva NASA.

DART-luotain törmää ensiyönä

 Törmäysajankohta on kello 2.14 Suomen aikaa.

Taiteiljan näkemys DARTin lähetymisestä törmättävään asteroidiin. Kuva JHU Applied Physics Laboratory.

DARTin kohteena on kaksoisasteroidi Didymos, joka tarkoittaa kreikaksi "kaksosta". Didymos on hyvä ehdokas ensimmäiseen planeettapuolustuskokeeseen, vaikka se ei olekaan törmäyskurssilla Maahan eikä siksi aiheuta todellista uhkaa planeetalle. Järjestelmä koostuu kahdesta asteroidista: suuremmasta Didymos-asteroidista (Ø 780 m) ja pienemmästä kuuasteroidista Dimorphos (Ø 160 m). Tällä hetkellä Dimorphoksen kiertoaika Didymosin ympäri on 11 tuntia ja 55 minuuttia. Asteroidien massakeskipisteitten välinen etäisyys on noin 1,18 kilometriä. Astroidiparin kiertoaika on 770 vrk ja radan etäisin piste on noin 2,27 au etäisyydellä Auringosta. Didymos oli maapallon läheisyydessä edellisen kerran vuonna 2003 ja seuraava kertaa joudumme odottelemaan aina vuoteen 2063 asti.

Asteroidipari on pimentävä binääri, mikä tarkoittaa, että Dimorphos kulkee Didymoksen edestä ja takaa kiertäessään suurempaa asteroidia Maasta katsottuna. Näin ollen maanpinnalla olevilla teleskoopeilla voidaan havaita yhdistetyn Didymos-järjestelmän kirkkauden säännöllistä vaihtelua Dimorfoksen kiertoradan määrittämiseksi. Törmäyksen jälkeen tämä sama tekniikka paljastaa Dimoprhosin kiertoradan muutoksen verrattuna mittauksiin ennen törmäystä. DART-iskun ajoitus syyskuussa 2022 valittiin siten, että Maan ja Didymosin välinen etäisyys on lyhin, jotta havainnot olisivat korkealaatuisia. Didymos on noin 11 miljoonan kilometrin ​​etäisyydellä Maasta DART-iskun aikaan.

DARTin törmäys tapahtuu kohtisuoraan asteroidin pintaan ja niiden liikesuunnat ovat vastakkaiset. Pieni cube-sateelliitti ottaa valokuvai tapahtumasta. Kuva JHU Applied Physics Laboratory.

Didymoksen kiertorata ei leikkaa Maan kiertorataa missään pisteessä ja DARTin törmätessä Dimorphosille antama impulssi on niin vähäinen, ettei se juurikaan vaikuta asteroidin kiertorataan. Dimorphoksen massaa ei ole määritetty suoraan, mutta asteroidin tiheydestä ja koosta tehdyillä oletuksilla Dimorphosin massaksi on arvioitu noin 5 × 10⁹ kg. DARTin kineettisen vaikutuksen aiheuttama muutos on suunniteltu muutamaan kiertorataa hieman lähemmäksi Didymosia.

DARTin törmäystä ei tehdä aivan ”sokkona”, sillä se on kuljettanut mukanaan italilaista cube-satelliittia Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids (LICIACube). Satelliitti irrotettiin CARTista pari viikkoa sitten ja se on sen jälkeen tehnyt pienen ratamuutoksen, sillä sen tarkoitus on lentää Dimorphoksen ohi. LICIACubessa on kaksi kameraa, joilla se kuvaa törmäystä ja sen aiheuttamaa pölypilveä. Kuvista tutkijat voivat varmentaa törmäyksen onnistumisen maanpinnalta tehtävien havaintojen lisäksi.

Reaaliaikaisia kuvia saadaan myös törmäävästä DARTista, sillä tutkijat arvoivat viimeisen kuvan tulevan vain muutamaa sekuntia ennen törmäystä. Pari viimeistä minuuttia ennen törmäystä on dramaattisia, sillä kuvissa näkyy kohdeasteroidi kasvavan vauhdilla. Noin 2 minuuttia ennen törmäystä Dimorphos näkyy halkaisijaltaan vain noin 45 pikselin kokoisena. Minuuttia myöhemmin se on jo 90 pikselin kokoinen ja koko kasvaa tuplaksi aina jäljellä olevan ajan puolittuessa. Viimeisimmän kuvan tarkkuudeksi arvioidaan noin 9 cm/px asteroidin täyttäessä koko kuvakentän.

Tilasto tunnettujen Maata uhkaavien asteroidien määrästä ja törmäysten taajuudesta.

DARTin törmäyttäminen asteroidiin on tekniikkakoe. Asteroidijärjestelmä on hyvä koekenttä sen selvittämiseksi, onko luotaimen törmäytys tehokas tapa muuttaa asteroidin kurssia, jos ja kun Maata uhkaava asteroidi löydetään tulevaisuudessa. Toistaiseksi yksikään tunnettu yli 140 m asteroidi ei ole törmäyskurssilla Maan kanssa. Tähän arvioon liittyy kuitenkin suuri epävarmuus, sillä tällä hetkellä arviolta vain noin 40 prosenttia näistä asteroideista on havaittu.