Det är en välkänd astronomisk konvention att jorden bara har en naturlig satellit, som är känd (något okreativt) som "månen". Dock, astronomer har vetat i lite över ett decennium att jorden också har en befolkning av vad som kallas "övergående månar". Dessa är en delmängd av jordnära objekt (NEO) som tillfälligt öss upp av jordens gravitation och antar omloppsbanor runt vår planet.

Enligt en ny studie av ett team av finska och amerikanska astronomer, dessa temporärt fångade orbiters (TCOs) kunde studeras med Large Synoptic Survey Telescope (LSST) i Chile, som förväntas vara i drift 2020. Genom att undersöka dessa objekt med nästa generations teleskop, studiens författare hävdar att vi kommer att lära oss mycket om NEOs, och till och med börja utföra uppdrag till dem.

Studien, som nyligen dök upp i tidningen Ikaros , leddes av Grigori Fedorets, en doktorand från Helsingfors universitets institution för fysik. Han fick sällskap av fysiker från Luleå tekniska universitet, University of Washingtons institut för dataintensiv forskning i astrofysik och kosmologi (DIRAC), och University of Hawaii.

Konceptet med TCO:er postulerades först 2006 efter upptäckten och karakteriseringen av RH120, ett föremål som mäter två till tre meter (6,5 till 10 fot) i diameter som normalt kretsar runt solen. Vart tjugonde år eller så, den närmar sig jorden-månesystemet och fångas tillfälligt av jordens gravitation.

Efterföljande observationer av NEOs som asteroid 1991 VG och meteor EN130114 gav ytterligare tyngd till denna teori och gjorde det möjligt för astronomer att sätta begränsningar på TCO-populationer. Detta ledde till slutsatsen att tillfälligt fångade satelliter finns i två populationer. Å ena sidan, det finns TCOs, som motsvarar minst ett varv runt jorden medan de fångas.

Andra, det finns tillfälligt fångade förbiflygningar (TCFs), som motsvarar mindre än ett varv medan de fångas. Enligt Fedorets och hans kollegor, dessa objekt är ett tilltalande mål för forskning och möten med rymdfarkoster, antingen i form av CubeSat-stora uppdrag eller större rymdfarkoster som kan utföra prov-returuppdrag.

Till att börja, studien av dessa objekt skulle göra det möjligt för astronomer att begränsa storleken och frekvensen av NEO som sträcker sig i storlek från en tiondels meter till 10 meter i diameter, som inte förstås väl. Vanligtvis, dessa föremål är för små och för svaga för att de flesta teleskop och tekniker ska kunna observeras effektivt.

Att övervaka och studera denna speciella klass av NEOs är där LSST kommer in i bilden. På grund av dess höga upplösning och känslighet, LSST förväntas bli en av de primära anläggningarna för upptäckten av NEO och potentiellt farliga föremål som annars är mycket svåra att upptäcka. Som Fedorets sa till Universum Today via e-post:

"[Ä]ven för LSST, den stora majoriteten av de övergående månarna kommer att vara för svaga för att upptäckas. Dock, det kommer att vara den enda undersökningen som kan upptäcka övergående månar på en regelbunden basis... De egenskaper hos LSST som är särskilt lämpliga för TCO-detektering inkluderar:ett stort synfält; begränsande magnitud V=24,7, tillåter upptäckt av svaga föremål; operativt läge med rygg mot rygg observationer och snabb uppföljning av samma fält initialt samma natt, hjälper till att identifiera snabbt rörliga släpobjekt."

När den väl är igång, LSST-teleskopet kommer att genomföra en 10-årig undersökning som kommer att ta upp några av de mest angelägna frågorna om universums struktur och utveckling. Dessa inkluderar mysterierna med mörk materia och mörk energi och bildningen och strukturen av Vintergatan. Det kommer också att ägna observationstid åt solsystemet i hopp om att lära sig mer om mindre planetpopulationer och NEOs.

För att bestämma hur många TCO:er LSST kommer att upptäcka, laget körde en serie simuleringar. Deras arbete bygger på en tidigare studie utförd 2014 av Dr. Bryce Bolin från Caltech och kollegor, där de bedömde nuvarande och nästa generations astronomiska anläggningar. Det var denna studie som antydde att LSST skulle vara extremt effektiv för att upptäcka övergående månar.

För sina studier, Fedorets omprövade Bolins arbete och gjorde sin egen analys. Han skrev, "[En] syntetisk population av transienta månar kördes genom LSST-peksimuleringen. Den initiala analysen visade att LSSTs Moving Object Processing System endast kunde känna igen tre objekt på fyra år (kadens av tre detektioner under en period av 15 dagar). Detta verkade [som] ett litet antal, så vi gjorde ytterligare analyser. Vi valde alla observationer med minst två observationer, och utförde omloppsbestämning och orbitalkoppling med metoder alternativa till MOPS. Denna speciella behandling ökade antalet observerbara övergående månkandidater med en storleksordning."

I slutet, Fedorets och hans team drog slutsatsen att genom att använda LSST och modern programvara för automatisk asteroididentifiering – specifikt, ett system för bearbetning av rörliga objekt (MOPS) – en TCO kunde upptäckas en gång om året. Den satsen skulle kunna höjas till en TCO varannan månad om ytterligare mjukvaruverktyg utvecklas specifikt för identifiering av TCO:er som skulle kunna komplettera en baslinje MOPS.

I sista hand, studiet av TCO kommer att vara fördelaktigt för astronomer av ett antal skäl. Till att börja, det finns ett gap mellan studiet av större asteroider och mindre bolider – små meteorer som regelbundet brinner upp i jordens atmosfär. De som hamnar däremellan, som vanligtvis mäter mellan en och 40 meter (~3 till 130 fot) i diameter, är för närvarande inte väl begränsade.

"Transienta månar är en bra population för att begränsa storleksintervallet, som i de storleksintervallen, de bör dyka upp regelbundet och upptäckas med LSST, " säger Fedorets. "Dessutom, TCO:er är enastående mål för [in situ] uppdrag. De har levererats "gratis" till jordens närhet. Därför, det krävs en relativt liten mängd bränsle för att nå dem. Potentiella uppdrag kan utformas som in situ förbiflygningsuppdrag (t.ex. av CubeSat-klassen), eller som första steg i användningen av asteroidresurs."

En annan fördel med studiet av dessa objekt är att de kommer att hjälpa astronomer att få en bättre förståelse för potentiellt farliga objekt (PHO). Denna term används för att beskriva asteroider som med jämna mellanrum korsar jordens omloppsbana och utgör en kollisionsrisk. Även om de har liknande observationsegenskaper som TCO:er, de kan urskiljas baserat enbart på deras banor.

Självklart, Fedorets betonade att medan TCO:er tillbringar månader i geocentriska banor, ett eventuellt uppdrag att studera en av dem måste ha en snabb respons. Lyckligtvis, ESA utvecklar ett sådant uppdrag i form av deras Comet Interceptor, som kommer att skjutas upp till en stabil vilobana och aktiveras när en komet eller asteroid kommer in i jordens bana.

En större förståelse för jordens tillfälliga satelliter, potentiellt farliga föremål och jordnära asteroider är bara en av många fördelar som förväntas komma från nästa generations teleskop som LSST. Dessa instrument kommer inte bara att tillåta astronomer att se längre och med större klarhet, på så sätt utöka vår kunskap om solsystemet och kosmos, de skulle också kunna säkerställa vår långsiktiga överlevnad som art.