Pierwszy raz w historii ludzkość zmieniła tor ruchu ciała niebieskiego wokół Słońca. Chodzi o planetoidę

We wrześniu 2022 roku oczy astronomów, inżynierów i miłośników kosmosu skierowane były w jedno miejsce. Na znajdujący się 15-krotnie dalej niż Księżyc układ planetoid Didymos-Dimorphos, będący celem amerykańskiej misji DART testującej możliwości obrony Ziemi przed niebezpiecznymi obiektami. Choć te konkretne planetoidy w żaden sposób nie zagrażały naszej planecie, znakomicie nadawały się na test metody wykorzystującej tzw. impaktor kinetyczny.

Odchylić tor niebezpiecznej planetoidy

Nowe badania pokazują, że gdy sonda DART (Double Asteroid Redirection Test) celowo uderzyła w Dimorphosa, nie zmieniła jedynie ruchu tej małej planetoidy wokół większego towarzysza, Didymosa. Zderzenie spowodowało również zmianę orbity obu planetoid wokół Słońca. Połączone oddziaływaniem grawitacyjnym Didymos i Dimorphos krążą wokół wspólnego środka masy w konfiguracji zwanej układem podwójnym, dlatego zmiany dotyczące jednego z obiektów wpływają także na drugi.

Opublikowane właśnie w czasopiśmie „Science Advances” obserwacje ruchu tej pary wykazały, że 770-dniowy okres obiegu wokół Słońca zmienił się po uderzeniu sondy DART w Dimorphos o ułamek sekundy. – To naprawdę niewielka zmiana orbity, ale z czasem nawet tak mała różnica może doprowadzić do znaczącego odchylenia trajektorii. Niezwykle precyzyjne pomiary zespołu ponownie potwierdzają, że impaktor kinetyczny jest skuteczną metodą obrony Ziemi przed zagrożeniami ze strony planetoid. Pokazują też, jak można odchylić tor planetoidy podwójnej, uderzając tylko w jeden z jej składników – powiedział Thomas Statler, główny naukowiec ds. małych ciał Układu Słonecznego w centrali NASA w Waszyngtonie.

Co może przynieść odchylenie o 4,3 cm na godzinę?

Uderzenie sondy w Dimorphosa wyrzuciło w przestrzeń ogromną chmurę skalnych odłamków i zmieniło kształt samej planetoidy. Ponieważ wyrzucone fragmenty niosły ze sobą własny pęd, nadały planetoidzie dodatkowy impuls – zjawisko nazywane przez naukowców wzmocnieniem pędu (momentum enhancement factor). Im więcej materiału zostaje wyrzucone, tym silniejszy jest efekt odchylenia. Według nowych badań współczynnik ten wyniósł około 2, co oznacza, że wyrzucony materiał podwoił efekt uderzenia samego statku kosmicznego.

Wcześniejsze badania wykazały, że 12-godzinny okres obiegu Dimorphosa wokół Didymosa (planetoidy o średnicy około 805 metrów) skrócił się o 33 minuty. Nowa praca pokazuje, że impakt wyrzucił z układu tak dużo materiału, iż zmienił także okres obiegu całego układu wokół Słońca – o 0,15 sekundy.

– Zmiana prędkości orbitalnej układu wyniosła około 11,7 mikrometra na sekundę, czyli około 4,3 cm na godzinę. Z czasem tak niewielka zmiana ruchu planetoidy może zdecydować o tym, czy potencjalnie niebezpieczny obiekt uderzy w Ziemię, czy ją minie – powiedział Rahil Makadia, główny autor badania z Uniwersytetu w Illinois Urbana-Champaign.

Pomoc ze strony astronomów-amatorów

Udowodnienie tego, w jaki sposób DART wpłynął na obie planetoidy, a nie tylko na Dimorphosa, wymagało precyzyjnego zmierzenia orbity Didymosa wokół Słońca. Oprócz obserwacji radarowych i innych pomiarów z Ziemi, naukowcy wykorzystali tzw. zakrycia gwiazd (stellar occultations). To zjawiska zachodzące, gdy planetoida przechodzi dokładnie przed gwiazdą, powodując jej chwilowe „zgaśnięcie”. Metoda ta pozwala bardzo dokładnie określić prędkość, kształt i pozycję planetoidy.

Wykonanie takiego pomiaru jest wyjątkowo trudne. Astronomowie muszą znaleźć się we właściwym miejscu i czasie, często w wielu punktach obserwacyjnych oddalonych od siebie o kilometry, aby śledzić przewidywaną trajektorię planetoidy na tle konkretnej gwiazdy. Zespół badawczy poprosił o wsparcie astronomów-wolontariuszy z całego świata. Dzięki temu udało się zarejestrować 22 zakrycia gwiazd między październikiem 2022 a marcem 2025 roku.

Badanie zmian ruchu Didymosa pozwoliło również oszacować gęstości obu planetoid. Okazało się, że Dimorphos jest nieco mniej gęsty, niż wcześniej sądzono, co wspiera teorię, że powstał z materiału skalnego wyrzuconego z szybko obracającego się Didymosa. Luźny materiał z czasem zlepił się, tworząc Dimorphosa.

Źródła: Science Advances, NASA JPL

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.