I en studie som släpptes i onsdags, NASA-forskare använde precisionsspårningsdata från byråns Origins, Spektral tolkning, Resursidentifiering, Security-Regolith Explorer (OSIRIS-REx) rymdfarkost för att bättre förstå rörelser av den potentiellt farliga asteroiden Bennu fram till år 2300, avsevärt minska osäkerheter relaterade till dess framtida omloppsbana, och förbättra forskarnas förmåga att bestämma den totala kollisionssannolikheten och förutsäga omloppsbanor för andra asteroider.

Studien, med titeln "Ephemeris and hazard assessment for near-earth asteroid (101955) Bennu baserat på OSIRIS-REx data, " publicerades i tidskriften Ikaros .

"NASA:s Planetary Defense-uppdrag är att hitta och övervaka asteroider och kometer som kan komma nära jorden och kan utgöra en fara för vår planet, sa Kelly Fast, programledare för Near-Earth Object Observations Program vid NASA:s högkvarter i Washington. "Vi utför denna strävan genom fortsatta astronomiska undersökningar som samlar in data för att upptäcka tidigare okända objekt och förfina våra omloppsmodeller för dem. OSIRIS-REx-uppdraget har gett en extraordinär möjlighet att förfina och testa dessa modeller, hjälper oss att bättre förutsäga var Bennu kommer att vara när den närmar sig jorden mer än ett sekel från nu."

År 2135, asteroiden Bennu kommer att närma sig jorden. Även om det jordnära objektet inte kommer att utgöra någon fara för vår planet vid den tiden, forskare måste förstå Bennus exakta bana under det mötet för att kunna förutsäga hur jordens gravitation kommer att förändra asteroidens väg runt solen – och påverka risken för jordpåverkan.

Med hjälp av NASA:s Deep Space Network och toppmoderna datormodeller, forskare kunde avsevärt minska osäkerheterna i Bennus omloppsbana, att bestämma dess totala påverkanssannolikhet fram till år 2300 är cirka 1 på 1, 750 (eller 0,057%). Forskarna kunde också identifiera 24 september, 2182, som det mest betydande enskilda datumet när det gäller en potentiell påverkan, med en påverkanssannolikhet på 1 på 2, 700 (eller ca 0,037%).

Även om chansen att den träffar jorden är mycket låg, Bennu är fortfarande en av de två mest farliga kända asteroiderna i vårt solsystem, tillsammans med en annan asteroid som heter 1950 DA.

Innan du lämnar Bennu 10 maj, 2021, OSIRIS-REx tillbringade mer än två år i närheten av asteroiden, samla information om dess storlek (det är ungefär en tredjedel av en mil, eller 500 meter, bred), form, massa, och komposition, samtidigt som man övervakar dess spinn och omloppsbana. Rymdfarkosten öste också upp ett prov av sten och damm från asteroidens yta, som den kommer att leverera till jorden den 24 september, 2023, för ytterligare vetenskaplig undersökning.

"OSIRIS-REx-data ger oss så mycket mer exakt information, vi kan testa gränserna för våra modeller och beräkna Bennus framtida bana med en mycket hög grad av säkerhet fram till 2135, " sa studieledaren Davide Farnocchia, från Center for Near Earth Object Studies (CNEOS), som förvaltas av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. "Vi har aldrig modellerat en asteroids bana till denna precision tidigare."

Gravitationsnyckelhål

Precisionsmätningarna på Bennu hjälper till att bättre bestämma hur asteroidens omloppsbana kommer att utvecklas över tiden och om den kommer att passera genom ett "gravitationsnyckelhål" under sin närgång 2135. Dessa nyckelhål är områden i rymden som skulle sätta Bennu på en väg mot ett framtida nedslag med jorden om asteroiden skulle passera genom dem vid vissa tidpunkter, på grund av effekten av jordens gravitationskraft.

För att beräkna exakt var asteroiden kommer att vara under sin närgång 2135 – och om den kan passera genom ett gravitationsnyckelhål – utvärderade Farnocchia och hans team olika typer av små krafter som kan påverka asteroiden när den kretsar runt solen. Även den minsta kraften kan avsevärt avleda sin omloppsbana över tiden, får den att passera genom eller helt missa ett nyckelhål.

Bland dessa krafter, solens värme spelar en avgörande roll. När en asteroid reser runt solen, solljus värmer upp dess dagsida. Eftersom asteroiden snurrar, den uppvärmda ytan kommer att rotera bort och svalna när den kommer in på nattsidan. När det svalnar, ytan frigör infraröd energi, som genererar en liten mängd dragkraft på asteroiden – ett fenomen som kallas Yarkovsky-effekten. Under korta tidsramar, denna dragkraft är minimal, men under långa perioder, effekten på asteroidens position byggs upp och kan spela en betydande roll för att ändra en asteroids väg.

"Yarkovsky-effekten kommer att verka på alla asteroider av alla storlekar, och medan det har mätts för en liten del av asteroidpopulationen på långt håll, OSIRIS-REx gav oss den första möjligheten att mäta det i detalj när Bennu reste runt solen, sa Steve Chesley, senior forskare vid JPL och studiemedforskare. "Effekten på Bennu motsvarar vikten av tre druvor som ständigt verkar på asteroiden - liten, ja, men betydelsefull när man bestämmer Bennus framtida inverkansmöjligheter under de kommande decennierna och århundradena."

Teamet övervägde många andra oroväckande krafter också, inklusive solens gravitation, planeterna, deras månar, och mer än 300 andra asteroider, luftmotståndet som orsakas av interplanetärt damm, trycket från solvinden, och Bennus partikelutstötningshändelser. Forskarna utvärderade till och med kraften som OSIRIS-REx utövade när de utförde sin Touch-And-Go (TAG) provinsamlingshändelse 20 oktober, 2020, för att se om det kan ha ändrat Bennus omloppsbana något, slutligen bekräftar tidigare uppskattningar att TAG-händelsen hade en försumbar effekt.

"Kraften som utövades på Bennus yta under TAG-evenemanget var liten även i jämförelse med effekterna av andra små krafter som övervägdes, sa Rich Burns, OSIRIS-REx projektledare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "TAG ändrade inte Bennus sannolikhet att påverka jorden."

Liten risk, enorm vinst

Även om en påverkanssannolikhet på 0,057 % fram till år 2300 och en påverkanssannolikhet på 0,037 % den 24 september, 2182, är låga, denna studie belyser den avgörande roll som OSIRIS-REx-operationer spelade för att exakt karakterisera Bennus omloppsbana.

"Orbitaldata från det här uppdraget hjälpte oss att bättre uppskatta Bennus chanser att stöta under de kommande århundradena och vår övergripande förståelse av potentiellt farliga asteroider - ett otroligt resultat, sa Dante Lauretta, OSIRIS-REx huvudforskare och professor vid University of Arizona. "Rymdfarkosten återvänder nu hem, bär ett värdefullt prov från detta fascinerande antika föremål som kommer att hjälpa oss att bättre förstå inte bara solsystemets historia utan också solljusets roll för att förändra Bennus omloppsbana eftersom vi kommer att mäta asteroidens termiska egenskaper i oöverträffade skalor i laboratorier på jorden."

Mer om OSIRIS-REx

Goddard tillhandahåller övergripande uppdragsledning, systemteknik och säkerhets- och uppdragsgarantin för OSIRIS-REx. Lauretta är huvudutredare, och University of Arizona leder också vetenskapsteamet och uppdragets vetenskapsobservationsplanering och databearbetning. Lockheed Martin Space Systems i Denver byggde rymdfarkosten och tillhandahåller flygoperationer. Goddard och KinetX Aerospace i Tempe, Arizona är ansvariga för navigeringen av rymdfarkosten OSIRIS-REx. OSIRIS-REx är det tredje uppdraget i NASA:s New Frontiers Program. NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, hanterar byråns New Frontiers Program för byråns Science Mission Directorate i Washington.