Rok 2023 należał do planetoid

Choć w mijającym roku w astronomii i astronautce działo się wiele, jednym z ciekawszych tematów były na pewno planetoidy. Udało się odkryć na ich temat całkiem sporo.

Tajemniczy warkocz Phaethona

(3200) Phaethon ma dziwną orbitę jak na planetoidę. Ma też spektakularny warkocz, który zadziwia naukowców, bo gdyby składał się z lodu i dwutlenku węgla, powinien być nadal widoczny w najbardziej odległym punkcie orbity obiektu. A nie jest. Chcąc dokładniej zbadać tę sprawę, astronomowie porównali obserwacje Phaethona w podczerwieni z Kosmicznego Teleskopu Spitzera z wynikami testów laboratoryjnych. W ten sposób znaleźli dowody na obecność tam oliwinu, węglanów, siarczków żelaza i minerałów tlenkowych. Taki skład sprawia, że Phaethon okazuje się dość rzadkim typem planetoidy znanej jako chondryt węglowy CY. Gdy zbliża się do Słońca, jej wnętrze nagrzewa się, a wykryte minerały uwalniają wówczas dwutlenek węgla, parę wodną i gaz siarkowy, tworząc oryginalny warkocz.

Historyczna podróż do Bennu

8 września 2016 roku sonda OSIRIS-REx wystartowała z Ziemi. 7 lat i 4 miliardy kilometrów później powróciła ze specjalną dostawą próbek z celu swojej podróży: planetoidy Bennu. Planiści misji wybrali Bennu, ponieważ uważano, że planetoida zawiera stosunkowo dużą ilość materiałów węglowych. Dostarczone przez OSIRIS-REx około 250 gram pyłu i pokruszonych skał z Bennu, zapakowane w kapsułę, którą misja zrzuciła na spadochronie na pustynię Utah z odległości 101 000 km, pomoże naukowcom zbadać, czy obiekty takie jak Bennu pomogły kiedyś sprowadzić wodę i materiał organiczny na Ziemię.

Misja OSIRIS-REx jest jednak jeszcze daleka od zakończenia. Po odwiedzeniu Ziemi statek kosmiczny odleciał ponownie. W 2029 roku ma dotrzeć do swojego kolejnego celu: obiektu NEO o nazwie Apophis.

Kapsuła zwrotna z próbką z misji OSIRIS-REx NASA widziana jest wkrótce po wylądowaniu 24 września 2023 r. na poligonie testowym i szkoleniowym Departamentu Obrony w Utah. (NASA/Keegan Barber)

Dziwny księżyc planetoidy

W trakcie swojej misji sonda Lucy ma napotkać 10 różnych planetoid. Astronomowie odkryli, że jedna z nich, Dinkinesh, jest w rzeczywistości planetoidą podwójną: wokół głównego obiektu krąży znacznie mniejszy towarzysz. Sytuacja stała się jeszcze bardziej skomplikowana, gdy okazało się, że „księżyc” Dinkinesha jest w rzeczywistości układem podwójnym: dwoma obiektami stykającymi się ze sobą. To czyni z Dinkinesha układ trójskładnikowy. Nigdy nie spodziewałbym się takiego układu. W szczególności nie rozumiem, dlaczego dwa składniki satelity mają podobne rozmiary. To będzie świetna okazja do badań – powiedział w oświadczeniu Hal Levison z Southwest Research Institute, główny badacz Lucy.

Dinkinesh jest niewielkim przystankiem na trasie Lucy do jej prawdziwego celu: Trojanów, czyli grupy planetoid, które dzielą z Jowiszem orbitę wokół Słońca.

Hubble obserwuje wyniki misji DART

We wrześniu 2022 roku sonda Double Asteroid Reduction Test (DART) zderzyła się z planetoidą Dimorphos, z powodzeniem przesuwając tę pobliską Ziemi skałę kosmiczną na inną orbitę. 10 miesięcy później NASA ogłosiła, że Teleskop Hubble'a zaobserwował Dimorphosa i dostrzegł rój luźnych fragmentów głazów unoszących się wokół planetoidy. Te skaliste fragmenty mogły powstać na dwa sposoby. Zderzenie z DART mogło wywołać fontannę wyrzutu, która zmiotła skały z powierzchni Dimorphos. Alternatywą jest uderzenie sondy DART, które wywołało falę sejsmiczną, odrywającą skały od powierzchni Dimorphosa.

Obraz planetoidy Dimorphos po uderzeniu z zaznaczonymi okręgami wokół obszarów, gdzie wykryto fragmenty skał. (NASA)

Algorytmy AI śledzą planetoidy

Mniejsze planetoidy są często trudne do dostrzeżenia na nocnym niebie – z punktu widzenia ludzkiego oka. Z pomocą przychodzą algorytmy. W tym roku astronomowie wykorzystali HelioLinc3D, specjalny algorytm polowania na asteroidy zaprojektowany do użytku w budowanym Obserwatorium Very C. Rubin w Chile, aby wykryć bliską Ziemi asteroidę o szerokości zaledwie 180 metrów.

Aby przetestować algorytm przed oficjalnym otwarciem Obserwatorium Rubin, astronomowie przeszkolili HelioLinc3D na wcześniej istniejących danych z przeglądu ATLAS przeprowadzonego na Hawajach. Podczas tych badań odkryli ciało, które nazwali 2022 SF289. Obiekt zbliży się do Ziemi na odległość 225 000 kilometrów, czyli wystarczająco blisko, by nadać mu miano potencjalnie niebezpiecznej asteroidy (PHA). Nie oznacza to jednak, że uderzy w Ziemię, a jedynie, że prawdopodobnie przeleci wystarczająco blisko naszego globu, by przyciągnąć uwagę astronomów. To tylko mały zwiastun tego, czego możemy się spodziewać w Obserwatorium Rubin za niecałe dwa lata, gdzie HelioLinc3D będzie odkrywać takie obiekty każdej nocy — powiedział Mario Jurić, lider zespołu HelioLinc3D.

Dziwnie ukształtowana asteroida znów tu wróci

W 2011 roku odkryto planetoidę, która według astronomów miała pewne niewielkie szanse na uderzenie w Ziemię w 2040 roku. W lutym 2023 roku 2011 AG5 minęła Ziemię w niegroźnej odległości 1,8 miliona kilometrów. To pięć razy więcej niż odległość Ziemi od Księżyca. Mimo wszystko tak bliski przelot dał naukowcom z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA doskonałą okazję do obserwacji obiektu z bliska. Udało im się go zmierzyć – jest to silnie wydłużona skała o długości 500 i szerokości 150 metrów, co czyni ją jedną z najbardziej wydłużonych znanych planetoid. 2011 AG5 rzeczywiście powróci do nas w 2040 roku, ale wiemy już, że też bezpiecznie ominie wtedy Ziemię, przelatując w odległości około 1,1 miliona kilometrów.

Ziemia ma nowy pseudoksiężyc!

W marcu tego roku astronomowie korzystający z teleskopu Pan-STARRS zauważyli osobliwą planetoidę bardzo blisko Ziemi. Inne obserwatoria na świecie szybko potwierdziły istnienie obiektu, który został nazwany 2023 FW13. Ale to naukowcy amatorzy odkryli, że 2023 FW13 jest w rzeczywistości tak zwanym pseudoksiężycem. Nie krąży wokół Ziemi tak jak nasz (prawdziwy) Księżyc, a zamiast tego porusza się po złożonej orbicie, która utrzymuje go w bliskim sąsiedztwie Ziemi. W swoim najbliższym położeniu znajduje się w odległości około 15 milionów kilometrów od niej.

Pseudoksiężyce są zjawiskami ulotnymi (z czasem uwalniają się od ziemskiej grawitacji), ale astronomowie przypuszczają, że 2023 FW13 znajduje się blisko Ziemi od 100 r. p.n.e. i pozostanie tu do około 3700 r. n.e.. Ziemia ma inne pseudoksiężyce, takie jak Kamo'oalewa odkryta w 2016 roku, ale 2023 FW13 ma szanse okazać się najbardziej stabilnym, jaki dotąd odkryto.

Nowo odkryta kosmiczna skała 2023 FW13 ma orbitę umożliwiającą jej stałe towarzyszenie Ziemi, podobnie jak pokazana tu 2016 HO3. (NASA/JPL-Caltech)

Gigantyczne kosmiczne poduchy

Sonda Hayabusa (JAXA) odwiedziła niegdyś Itokawę, planetoidę w kształcie orzeszka ziemnego o długości 500 metrów. Naukowcy badający próbki z Itokawy, które Hayabusa zwróciła na Ziemię, odkryli, że jest ona w rzeczywistości tzw. asteroidą gruzową. To jak gdyby zbiór luźnych głazów i skał zlepionych razem, usianych porami i wewnętrznymi przestrzeniami, tak zwanymi kieszeniami. Porównuje się ją do olbrzymiej kosmicznej poduszki. Taką poduszkę nie jest łatwo zniszczyć – bo tego rodzaju porowate planetoidy mogą być szczególnie odporne na uderzenia. A to sprawia, że Itokawa jest prawdziwym reliktem starożytnego Układu Słonecznego: przetrwała niezwykle nienaruszona przez około 4,2 miliarda lat.

Znajomość konsystencji planetoid jest ważna z punktu widzenia obrony planetarnej. Jeśli chcielibyśmy przekierować jakąś niebezpieczną dla Ziemi planetoidę poprzez uderzenie podobne do misji DART, struktura planetoidy może zadecydować o tym, czy zostanie ona tylko delikatnie zepchnięta z orbity, czy też ulegnie pełnej dezintegracji.

Teleskop Webba w akcji

Fomalhaut to młoda, gorąca gwiazda znajdująca się około 25 lat świetlnych od Układu Słonecznego. Astronomowie już wcześniej sugerowali, że wyraźne przerwy między otaczającymi ją pierścieniami pyłu mogą świadczyć o istnieniu planet, które się w nich znajdują i je żłobią. W tym roku, gdy skierowano w tym kierunku JWST i zrobiono nowe zdjęcie Fomalhauta, okazało się, że towarzyszą mu faktycznie trzy odrębne pierścienie (więcej o tym pisaliśmy już na Portalu).

Zagnieżdżone pierścienie materii wokół gwiazdy Fomalhaut są bardziej złożone niż nasz „własny” Pas Planetoid czy Pas Kuipera rozciągający się poza orbitą Neptuna. Najbardziej odległy pas z całej odkrytej w tym roku trójki rozciąga się na 23 miliardy kilometrów, czyli tyle, co około 150-krotność odległości między Ziemią a Słońcem, lub 150 jednostek astronomicznych. Astronomowie sądzą, że wyraźne przerwy między pierścieniami mogą świadczyć o istnieniu planet, które się w nich znajdują. Sugerują też, że pierścienie te nie przypominają dysków protoplanetarnych, z których formują się z czasem planety. Prawdopodobnie powstały już później.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba uchwycił obraz dysku otaczającego młodą gwiazdę Fomalhaut za pomocą instrumentu działającego w zakresie średniej podczerwieni. Wewnętrzne pasy materii zostały odkryte przez Webba po raz pierwszy. (NASA, ESA, CSA, A. Pagan (STScI), A. Gáspár)

RNA znalezione w próbce z Ryugu

W marcu naukowcy badający próbki skał z planetoidy Ryugu, przywiezione na Ziemię przez sondę Hayabusa2, ujawnili, że znaleźli w nich uracyl, jeden z czterech nukleotydów tworzących RNA. Ryugu to przykład planetoidy bogatej w węgiel, zwanej chondrytem CI. Astronomowie znaleźli wcześniej trzy inne nukleobazy RNA – adeninę, guaninę i cytozynę – w chondrytach typu CI, które spadły na Ziemię jako meteoryty. Jednak w tamtych przypadkach nie można było całkowicie wykluczyć, że były to jednak zanieczyszczenia ziemskie.

Dopiero teraz uzyskano zatem solidne dowody na to, że składniki budujące RNA istnieją także w materiale, który uformował się przed planetami. Ważnym argumentem jest właśnie dowód na istnienie czwartego składnika RNA, uracylu. Sugeruje to, że elementy budulcowe życia były obecne w materiale obecnym w bardzo wczesnym Układzie Słonecznym, a życie w innych częściach Wszechświata także może być oparte na RNA i DNA, jak życie na Ziemi.

Układ okresowy szerszy niż sądziliśmy?

33 Polyhymnia to na pozór mało ciekawa planetoida z Pasa Planetoid. Jednak naukowcy uważają, że jest ona gęstsza niż osm, najgęstszy naturalnie występujący pierwiastek na Ziemi. Polihymnia jest przykładem tego, co astronomowie nazywają dziś zwartym ultragęstym obiektem (w skrócie: CUDO).

Dlaczego jednak CUDO istnieją? Tego wciąż nie wiemy. Fizycy zidentyfikowali jednak jedną z możliwych odpowiedzi: może tworzą ją superciężkie pierwiastki o liczbie atomowej większej niż 164, leżące daleko poza znanym dziś układem okresowym pierwiastków. Mogą mieć one gęstość większą niż osm. Jeśli pomysł ten faktycznie ma sens, powinniśmy też zadać dalsze pytania o to, jak daleko może sięgać układ okresowy. Wiadomo, że im wyższa liczba atomowa, tym mniej stabilne stają się pierwiastki – aż do atomów, które nie wytrzymują nawet ułamka sekundy przed rozpadem na lżejsze pierwiastki. Z tego powodu najcięższym znanym nam pierwiastkiem jest oganesson o liczbie atomowej 118. Fizycy sugerują jednak, że powyżej liczby atomowej 164 może znajdować się tzw. wyspa stabilności, na której pierwiastki mogą przetrwać wystarczająco długo, aby pozostawić swój ślad. Na przykład na planetoidach.

Podróż do dziwnej planetoidy z metalu

Misja NASA nazwie Psyche wystartowała na rakiecie SpaceX Falcon Heavy z Kennedy Space Center 13 października tego roku. To tylko początek jej długiej podróży do planetoidy o tej samej nazwie, do której ma szanse dotrzeć w roku 2029.

Psyche nie jest podobna do większości swoich sąsiadów z Pasa Planetoid. Jest zbudowana głównie z metalu i prawdopodobnie w 95% składa się z niklu i żelaza. Te same pierwiastki dominują również w jądrze Ziemi, co sprawia, że astronomowie zastanawiają się teraz, czy Psyche nie jest w rzeczywistości czymś bardzo do Ziemi podobnym: jądrem planety, która nigdy się nie uformowała. Istnieją też inne bogate w metale planetoidy podobne do Psyche, ale to ona jest największą i najlepiej zbadaną z nich. Dalsze badania mają szansę istotnie przyczynić się do lepszego zrozumienia budowy wnętrz planet i procesów ich formowania.

Rakieta Falcon Heavy wystrzeliwuje Psyche w kierunku planetoidy bogatej w metale w październiku 2023 r. (Josh Dinner)