Dwa tygodnie temu prezentację „Special Topics” poświęciłem tematowi asteroid bliskich Ziemi. Do prawie końca XIX wieku wszystkie z ponad 400 asteroid, które zostały odkryte do tego czasu orbitowały w obrębie „głównego pasa asteroid” pomiędzy Marsem a Jowiszem, a astronomowie tamtej ery byli dość zaskoczeni, gdy znaleziono asteroidę, która mogła zbliżyć się dość blisko do Ziemi. Jak mówiłem w tej prezentacji, w ciągu ćwierćwiecza, które upłynęło od tamtej pory, odkryliśmy, że w przestrzeni okołoziemskiej, a także w innych regionach Układu Słonecznego, istnieje dość duża populacja asteroid.
Asteroida, która stworzy tę zmianę paradygmatu została odkryta 13 sierpnia 1898 roku przez Gustava Witta w Obserwatorium Berlińskim w Niemczech – na zdjęciu, które zrobił asteroidzie (185) Eunike dla celów astrometrycznych – i niezależnie tej samej nocy przez Auguste Charlois w Obserwatorium w Nicei we Francji. Obliczenia wkrótce ujawniły, że porusza się ona po małej, umiarkowanie wydłużonej orbicie (mimośród 0,223) o okresie zaledwie 1,76 roku (21 miesięcy), która przybliża ją do 1,133 AU od Słońca w peryhelium i do 1,783 AU – nieco poza orbitą Marsa – w aphelium. Te obliczenia ujawniły również, że może ona zbliżyć się do Ziemi umiarkowanie blisko od czasu do czasu, rzeczywiście minęła tylko 0,152 AU od Ziemi w styczniu 1894 roku, 4½ roku przed jej odkryciem. (Nowo odkryta planetoida otrzymała nazwę Eros, po greckim bogu miłości.
Eros wkrótce okazało się, że wykazuje krótkoterminowe okresowe zmiany jasności, które wskazują na rotację i jego podłużny kształt. Do 1913 roku Solon Baley z Harvardu wyznaczył dokładny okres rotacji, obecnie ustalony na 5 godzin i 16 minut. Jej wymiary fizyczne zostały dokładnie określone jako 34 km na 11 km na 11 km, a gdy jest zorientowana tak, że widzimy ją „biegunowo”, jej jasność może się różnić nawet o 1,5 magnitudo.
Przez pierwsze kilka dekad po odkryciu Eros będzie odgrywał kluczową rolę w naszym zrozumieniu całego wszechświata. Zbliża się on do Ziemi na tyle blisko, że obserwatorzy znajdujący się w różnych miejscach mogą wyznaczyć mierzalną paralaksę, a tym samym dokładną odległość do niego. Stosując trzecie prawo Keplera oraz prawo powszechnego ciążenia Isaaca Newtona (z którego można wyprowadzić trzecie prawo Keplera), można określić dokładną szacunkową całkowitą masę układu Ziemia-Księżyc, a także – co jest jeszcze bardziej istotne – dokładny pomiar dokładnej wielkości jednostki astronomicznej. To z kolei tworzy solidną podstawę do wyznaczania odległości dla obiektów w Układzie Słonecznym, a także do pomiarów paralaksy i wynikających z nich wyznaczeń odległości dla pobliskich gwiazd. Są to pierwsze „szczeble” „kosmicznej drabiny”, po których można wyznaczyć odległości do obiektów w całym wszechświecie.
Eros dokonał umiarkowanie bliskiego zbliżenia do Ziemi (0,315 AU) w grudniu 1900 r., a Arthur Hinks z Uniwersytetu Cambridge był w stanie wykorzystać uzyskane wówczas pomiary paralaksy do dość dokładnego wyznaczenia AU. Gdy Eros po raz pierwszy po odkryciu zbliżył się do Ziemi na 0,174 AU w styczniu 1931 roku, brytyjski astronom Harold Spencer Jones (który wkrótce miał zostać Astronomem Królewskim, dyrektorem Królewskiego Obserwatorium w Greenwich) był w stanie dopracować wyznaczenie dokładnej wielkości AU do dość wysokiego stopnia. Określenie to pozostało wartością definiującą AU do czasu, gdy pomiary radarowe w późnych latach 60-tych, a następnie pomiary statków kosmicznych, wyparły je. Obecnie dokładna wartość AU została określona na 149 597 870,7 km (92 955 807,3 mil).
23 stycznia 1975 roku Eros przeszedł 0,151 AU od Ziemi, najbliżej naszej planety od czasu jego odkrycia, a w trakcie tego procesu stał się jasny jak 7 magnitudo. Spotkanie to pozwoliło na najdokładniejsze jak dotąd wyznaczenie wartości okresu obiegu, a także określenie wymiarów fizycznych Erosa. Tego samego wieczoru po swoim najbliższym zbliżeniu Eros zakrył gwiazdę 4 magnitudo Kappa Geminorum, co było jednym z najwcześniejszych i najbardziej nagłośnionych wydarzeń tego typu; zakrycie zostało pomyślnie zaobserwowane z miejsc w Massachusetts i Connecticut i między innymi to wydarzenie dostarczyło cennych lekcji w sztuce przewidywania takich zdarzeń.
Podejście Erosa do Ziemi w 1975 roku było ważnym wydarzeniem dla mnie osobiście, ponieważ w bardzo realnym sensie wyprodukowało moje „przełomowe” studia astronomiczne. Byłem wtedy w 11 klasie liceum i pod opieką miejscowego astronoma-amatora Phila Simpsona – który zmarł półtora roku temu – udało mi się uzyskać dostęp do obserwatorium astronomicznego w miejscowym okręgu szkolnym (w którym znajdował się 32-cm reflektor) i, zgodnie z jego sugestią, przeprowadzić kilka naukowych obserwacji Erosa. Obejmowały one pomiar jego okresu rotacji poprzez obserwacje zmian jasności, wyznaczenie parametrów jego jasności, a nawet spróbowałem przewidzieć drogę okluzji Kappa Geminorum. Zgłosiłem moje badania do konkursu Science Fair, i ku mojej raczej podekscytowanej radości, zdobyłem pierwsze miejsce w dziale Earth and Space Science Division na lokalnych, regionalnych i stanowych targach nauki, jak również różne inne nagrody. Co ważniejsze, udało mi się poznać Herba Beebe, ówczesnego przewodniczącego Wydziału Astronomii na Uniwersytecie Stanowym Nowego Meksyku (który był jednym z sędziów na Targach Regionalnych); nasza rozmowa przerodziła się w długotrwałą przyjaźń, która z kolei odegrała niebagatelną rolę w mojej decyzji, by ponad dziesięć lat później rozpocząć studia magisterskie na NMSU. Nawiasem mówiąc, na wystawie mojego projektu Science Fair znajdowała się kłoda pomalowana sprayem na czarno i zamontowana na postumencie wanny dla ptaków, aby przedstawić Erosa; miało to na celu zademonstrowanie zarówno wydłużonego kształtu Erosa, jak i jego ogólnej ciemnej powierzchni.
Eros pojawi się w wiadomościach ponownie pod koniec XX wieku, jako cel misji NASA Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) – później przemianowanej na „NEAR Shoemaker” na cześć znanego geologa planetarnego Eugene „Gene” Shoemakera, który zginął w wypadku samochodowym w lipcu 1997 roku. NEAR Shoemaker został wystrzelony z Przylądka Canaveral na Florydzie 17 lutego 1996 roku i po spotkaniu z asteroidą głównego pasa (253) Mathilde 23 czerwca 1997 roku i wspomaganym grawitacyjnie przelocie obok Ziemi 23 stycznia 1998 roku, planowano dotarcie do Erosa i umieszczenie go na orbicie w styczniu 1999 roku. Niestety, przerwane spalanie silnika w grudniu 1998 roku zmusiło do odłożenia tego o rok, chociaż NEAR Shoemaker zdołał wykonać odległy przelot wokół Erosa (3800 km) później w grudniu.
NEAR Shoemaker dotarł do Erosa w lutym 2000 roku i pomyślnie wszedł na orbitę wokół niego 14 lutego. Przez następne dwanaście miesięcy NEAR Shoemaker orbitował wokół Erosa w różnych odległościach i konfiguracjach orbitalnych, w procesie intensywnego fotografowania i mapowania powierzchni oraz dokonywania licznych pomiarów naukowych. Wśród wielu innych cech, obrazy pokazują jeden duży krater, nazwany Charlois Regio, który wydaje się być spowodowany uderzeniem, które miało miejsce około miliarda lat temu; to wydarzenie wydaje się być odpowiedzialne za wiele dużych głazów rozrzuconych po powierzchni Erosa, jak również brak małych kraterów na znacznej części powierzchni. Po roku, gdy zapasy paliwa manewrowego zaczynały się kończyć, NEAR Shoemaker zszedł na powierzchnię Erosa 12 lutego 2001 i wykonał miękkie lądowanie na powierzchni – stając się w ten sposób pierwszym statkiem kosmicznym, który dokonał udanego miękkiego lądowania na asteroidzie lub innym małym ciele. Sonda kontynuowała transmisję danych jeszcze przez dwa tygodnie, po czym została wyłączona.
Od tego czasu Eros wykonał dwa dodatkowe, nieco bliskie zbliżenia do Ziemi: jedno 0,179 AU 31 stycznia 2012 roku, a drugie 0,209 AU 15 stycznia 2019 roku. Nie zbliży się do Ziemi ponownie przez dłuższy czas, choć ze względu na względną bliskość i duży rozmiar często jest jednak wykrywalny bez większych trudności w odpowiednich warunkach; na przykład, będzie miał 13. magnitudo i będzie dostępny na porannym niebie, gdy znajdzie się w peryhelium na początku listopada tego roku, a będzie miał 12. magnitudo, gdy znajdzie się w następnej opozycji, w połowie czerwca 2021 roku, kiedy to będzie oddalony o trzy miesiące od aphelium.
Eros zbliży się do Ziemi ponownie 24 stycznia 2056 roku, kiedy przejdzie 0,150 AU od naszej planety – minimalnie bliżej niż w 1975 roku. Miałbym wtedy 97 lat, a kiedy wskazałem to niektórym z moich naukowo myślących przyjaciół, gdy byłem w liceum, jeden z nich żartobliwie odpowiedział, że być może mógłbym wtedy zrobić kolejny projekt Science Fair na ten temat. Przypuszczam, że będziemy musieli się o tym przekonać … . Ale, być może, uczniowie z tamtej epoki mogliby przeprowadzić swoje własne badania Erosa, kiedy ten się zbliży. I, być może, niektórzy z nich mogliby nawet to zrobić, podróżując do niego i dokonując obserwacji z jego powierzchni…
Więcej z Tygodnia 4:
Ten tydzień w historii Kometa tygodnia Darmowy plik PDF do pobrania Słowniczek
Lód i kamień 2020 Strona główna