We wrześniu ubiegłego roku sonda DART uderzyła w asteroidę Dimorphos, małe ciało o średnicy 160 metrów. Ta celowa kolizja miała zmienić trajektorię obiektu, w pierwszym teście obrony Ziemi przed zagrożeniem asteroidami z kosmosu. Już wcześniej było wiadomo, że test się powiódł, ale teraz naukowcy, dzięki danym zebranym przez różne obserwatoria, zrekonstruowali uderzenie oraz jego następstwa i ustalili, jak skuteczne było trafienie.
27 września o 1:14 polskiego czasu teleskopy na całym świecie skierowały swój wzrok na asteroidę Dimorphos, aby zarejestrować historyczny test naszych możliwości do obrony Ziemi przed potencjalnie zagrażającą planecie asteroidą. Był to pierwszy eksperyment przeprowadzony przez ludzkość, który miał na celu zmianę trajektorii obiektu znajdującego się w przestrzeni kosmicznej.
Sonda DART (Double Asteroid Redirection Test) uderzyła w asteroidę Dimorphos, małe ciało o średnicy zaledwie 160 metrów. Dimorphos jest księżycem większej skały o średnicy 780 metrów zwanej Didymosem. Żadna z tych asteroid nie zagrażała Ziemi, ale zostały one uznane za idealny cel dla przetestowania możliwości zmiany trajektorii kosmicznego obiektu. Był to pierwszy udany test obrony planetarnej, w którym poprzez uderzenie statku kosmicznego zmodyfikowano orbitę asteroidy.
Teraz w serii artykułów naukowych, które ukazały się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-023-05810-5, DOI: 10.1038/s41586-023-05878-z, DOI: 10.1038/s41586-023-05805-2, DOI: 10.1038/s41586-023-05811-4, DOI: 10.1038/s41586-023-05852-9), naukowcy opisują ostatnie chwile przed trafieniem sondy DART w asteroidę, odtwarzając uderzenie i analizując, w jaki sposób zmieniło ono pęd i orbitę asteroidy oraz jak zachował się gruz powstały po uderzeniu.
Po analizach danych zebranych podczas uderzenia naukowcy doszli do wniosku, że technika zastosowana w misji DART może faktycznie sprawdzić się w przypadku asteroidy znajdującej się na kursie kolizyjnym z Ziemią. Małe asteroidy są znacznie trudniejsze do wykrycia niż ich więksi kuzyni, a nasz Układ Słoneczny jest pełen szczątków pozostałych po początkach formowania się planet. Obecnie znamy dziesiątki tysięcy mniejszych asteroid krążących w pobliżu naszej planety, ale z pewnością nie są to wszystkie tego typu obiekty. Te większe, ogromne głazy, które mogłyby zniszczyć ludzkość, gdyby uderzyły w Ziemię, zostały skatalogowane i są pod stałym nadzorem.
Ważąca niecałe 600 kilogramów sonda DART o wielkości lodówki uderzyła w asteroidę o gabarytach Wielkiej Piramidy w Gizie z prędkością 22 500 km/h. Przed uderzeniem Dimorphos potrzebował 11 godzin i 55 minut na okrążenie Didymosa. Analiza danych zebranych przez teleskopy naziemne i kosmiczne wykazała, że sonda DART zmieniła orbitę Dimorphosa o 32 minuty, skracając ją do 11 godzin i 23 minut. Pomiar ma margines niepewności wynoszący około plus minus 2 minuty. Wynik ten jest znacznie większy, niż oczekiwano.
Samo uderzenie sondy DART wytworzyło długi pióropusz gruzu ciągnący się za Dimorphosem. Jian-Yang Li z Planetary Science Institute wraz ze współpracownikami opisali, w jaki sposób materia została wyrzucona przez uderzenie i utworzyła 1500-kilometrowy ogon szczątków, który można było podziwiać przez prawie miesiąc. Uczeni ustalili, że tak duża zmiana orbity powstała nie tylko w wyniku uderzenia statku kosmicznego w kosmiczną skałę. Większa część zmiany była spowodowana efektem odrzutu całego wyrzuconego materiału wylatującego w kosmos, który Ariel Graykowski z Instytutu SETI i współpracownicy oszacowali na od 0,3 do 0,5 proc. całkowitej masy asteroidy.
Analiza wszystkich zebranych danych pozwoliła naukowcom zrozumieć, dlaczego uderzenie było tak skuteczne. Jednym z czynników jest to, że DART trafiła w miejsce około 25 metrów od centrum asteroidy, maksymalizując siłę uderzenia. Innym jest to, że duże ilości gruzu asteroidy wyleciały na zewnątrz po uderzeniu. Odrzut wywołany tą siłą zepchnął asteroidę dalej od jej poprzedniej trajektorii. Badacze ustalili też, że impakt sondy zmniejszył prędkość Dimorphosa o 2,7 milimetra na sekundę, jednak dzięki wyrzutowi materii efekt ten był kilkukrotnie większy.
NASA opublikowała też poklatkowy film z danych zarejestrowanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a przedstawiający skutki zderzenia. Nagranie pokazuje zaskakujące i gwałtowne zmiany, gdy pył i kawałki gruzu zostały wyrzucone w przestrzeń kosmiczną. Uderzając w asteroidę sonda DART, jak oszacowali badacze, wyrzuciła z asteroidy ponad 1000 ton pyłu i skał. Film dostarcza też nowych danych na temat tego, w jaki sposób szczątki zostały rozproszone w złożony wzór w kilka dni po zderzeniu.
Chociaż NASA zademonstrowała tę technikę tylko na jednej asteroidzie, to wyniki mogą mieć szerokie zastosowanie do ewentualnych przyszłych podobnych misji, twierdzą naukowcy. - Możemy szybko zaprojektować misję zmiany trajektorii asteroidy, jeśli będzie istnieć takie zagrożenie. Wiemy, że ma to bardzo duże szanse powodzenia — mówi Franck Marchis z Instytutu SETI w Mountain View w Kalifornii.
Obecnie naukowcy kontynuują pracę nad danymi zebranymi podczas uderzenia sondy DART, aby dowiedzieć się więcej o fizyce, chemii i geologii Dimorphosa i Didymosa. Następstwa uderzenia ze stosunkowo bliskiej odległości będzie można zobaczyć pod koniec 2026 roku, kiedy sonda Europejskiej Agencji Kosmicznej o nazwie Hera dotrze do Dimorphosa.
Źródło: NASA, The Conversation, Nature, fot. NASA, ESA, STScI, and Jian-Yang Li (PSI); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)
