OTKRIVANJE SVEMIRA

Pripremio: Dragan Lazarević

Radarsko snimanje asteroida

Pogled do ivice Sunčevog sistema

Sunčev sistem čine brojna tela veoma različitih veličina koja kruže oko svoje matične zvezde Sunca. Osim većih tela, planeta i njihovih satelita, Sunčevu porodicu čine i veliki broj relativno manjih tela koja su uglavnom grupisana u dva velika pojasa: asteroidni pojas između Marsove i Jupiterove orbite i Kjuiperov pojas ledenih asteroida, planetoida i malih planeta dalje od Neptunove orbite, odakle dolaze kratkoperiodične komete. Dugoperiodične komete dolaze sa znatno veće udaljenosti, iz veoma razuđenog Ortovog oblaka ledenih asteroida koji su toliko daleko da su nedostupni za bilo kakva posmatranja. Poseban naučni interes je usmeren prema asteroidima glavnog pojasa između putanje Marsa i Jupitera.

Smatra se da je Jupiter svojom jakom gravitacionom silom odvlačio asteroide iz protoplanetnog oblaka i onemogućio formiranje planete. Pri tome je znatan broj asteroida Jupiter privukao i zarobio u Lagranžovim tačkama na svojoj putanji oko Sunca - tzv.Trojanski asteroidi - a sigurno je da je znatan broj asteroida pao na Jupiter tako da je teško proceniti kolika je bila ukupna masa svih asteroida u ranom periodu formiranja Sunčevog sistema.

Neki asteroidi su zbog međusobnih gravitacionih uticaja i delovanja gravitacije Marsa izbačeni iz glavnog pojasa i usmereni bliže Suncu, pri čemu se određen broj približava Zemlji. To su tzv. NEA asteroidi (Near Earth Asteroid). Procenjuje se da ih ima oko 11600, a većih od 1 km - 900 do 1000. Neki od njih prolaze vrlo blizu Zemlje i predstavljaju potencijalnu pretnju jer bi u budućnosti mogli da budu zahvaćeni njenom gravitacijom i padnu na površinu naše planete. Takvi događaji nisu bili retki u geološkoj prošlosti a najpoznatiji je slučaj udara asteroida pre 65 miliona godina koji je imao prečnik od oko 10 km. Izazvao je planetarnu katastrofu, izumiranje velikog broja vrsta životinjskog sveta i okončao doba dinosaurusa.

Broj asteroida koji seku Zemljinu putanju a manji su od 100 m se procenjuje na oko 100.000. Iako njihov pad ne bi izazvao katastrofu veću od lokalne, teži se da se oni na vreme otkriju i, ako ne može da se spreči pad, ublaže negativne posledice takvog događaja.

Određivanje njihove razdaljine od Zemlje, putanje kojom se kreću i njihove veličine za teleskopsku astronomiju nije lak zadatak a dobijene vrednosti su u okvirnim granicama jer su zasnovane na procenjenim veličinama. Osim teleskopskog snimanja u vidljivoj svetlosti, koju su asteroidi i planetoidi reflektovali od Sunca a u slučaju infracrvenog zračenja i reflektovali i emitovali, astronomija raspolaže jednom efikasnom metodom proučavanja malih nebeskih tela a to je radarsko snimanje.

Radari usmereni ka kosmičkim razdaljinama

Radar je otkriven pre Drugog svetskog rata a intenzivno je razvijan u toku rata u cilju otkrivanja objekata u vazdušnom prostoru i na moru. Imenica radar je nastala na osnovu skraćenice od početnih slova „Radio Detection And Ranging“ i podrazumeva uređaj koji, na osnovu emitovanja a potom i prijema radio-talasa odbijenih od nekog objekta, može da odredi njegovu poziciju u prostoru i udaljenost od posmatrača. Kao takva ušla je u sve svetske jezike. Radar danas ima najširu primenu u kontroli civilnog vazdušnog saobraćaja, u vojne svrhe, u meteorologiji, kontroli brodova na moru, snimanju Zemljine površine i podpovršinskih slojeva sa aviona i satelita a primenu je našao i u astronomiji u proučavanju susednih nebeskih tela.

Svetska mreža za snimanje asteroida Do sada su gotovo sva radarska snimanja obavljana emisionim radom antena opservatorija „Aresibo“ i „DSS14 Goldstoun“. Prijem odbijenih radio-talasa su vršile brojne radio-teleskopske antene širom sveta, 27 antena „VLA“, velike pokretne antene od 100 m u Grin Benku i Efelsbergu, antene NASA-e za vezu sa sondama, zatim one u Deep Space Network u Hajstoku, „Kašima“ u Japanu, „DSS 63“ kod Madrida, „Medelina“ i dr. Jedina emisiona antena koja je korišćena pri snimanju asteroida Golevka je veliki radar u Evpatoriji, na Krimu, izgrađen za vojne potrebe u vreme SSSR. Za snimanja daljih objekata i bolje snimke potrebne su snažnije emisione antene i veće prijemne. Kina gradi sopstveni radio-teleskop „fast“, sličan „Aresibo“ anteni ali prečnika 500 m. Rusija planira jaču kontrolu objekata u bližem kosmičkom prostoru posle eksplozije asteroida bolida nad Čeljabinskom, 15.februara 2013. kada je oko hiljadu ljudi bilo povređeno a znatan broj zgrada i vozila oštećen zbog pucanja prozora. Udar asteroida manjih dimenzija nije redak događaj u okviru planete Zemlje i treba se pripremiti za takvu mogućnost. Najbolje rešenje bi bio radarski sistem za rano otkrivanje asteroida - nepoželjnih posetilaca koji bi bio u orbiti oko Zemlje. Takav satelit bi bio veoma masivan, imao bi tanjirastu antenu velikih dimenzija i zahtevao bi snažan izvor energije i veliku raketu nosač da ga podigne u orbitu. Mogao bi da bude ostvaren u narednoj deceniji kada se uvedu u upotrebu velike rakete nosači nosivosti oko 100 t, kao što je „SLS“ i dr. Sigurno je da bi se lakše ostvario međunarodnom saradnjom kao u slučaju orbitalne stanice ISS.

Prvo radarsko sondiranje Meseca obavljeno je još 1946. ali su prava posmatranja radarom započela šezdesetih godina prošlog veka pomoću velikih antena opservatorija „Aresibo“ i „Goldstoun“. Radarska astronomija se razlikuje od radio-astronomije jer radio-astronomija registruje prirodno radio zračenje kosmičkih objekata a radarska astronomija emituje radio-talase a potom registruje njihov odjek od kosmičkih objekata. Emitovanje radio-talasa može biti u neprekidnom ili impulsnom režimu a za njihov prijem mogu da posluže i antene drugih radioteleskopa. Radarska astronomija danas koristi dve velike emisione opservatorije: „Aresibo“ u Portoriku i „Goldston“ u pustinji Mohava, u Kaliforniji.

Opservatorija „Aresibo“ (Arecibo) raspolaže najvećom nepokretnom antenom za detekciju radio-talasa na svetu - njena površina je deo sferne površine, prečnik joj iznosi 305 m. Ima tri emitera radio-talasa maksimalne snage u impulsnom režimu rada do 20 TW, na talasnim dužinama 3,75 cm do 1 m.

Opservatoriju „Goldstone Solar Sistem Radar“ čine antene DSS 14 Mars prečnika 70 m i DSS 13 Venus prečnika 34 m. To su upravljive antene koje mogu da se usmeravaju prema željenom cilju u kosmosu. Rade u paru, pri čemu prva kontinualno emituje radio-talase a druga ih prima. Međusobno su udaljene 22 km, a njihovi upravljački sistemi su spojeni optičkim kablom i rad usklađen.

Opservatorija „Goldstoun“ ima još tri antene od 34 m u prečniku, koje mogu da budu u prijemnom režimu rada. Čitav sistem može da služi i kao klasični radio-teleskop i za održavanje veze sa kosmičkim sondama širom Sunčevog sistema.

Radarska astronomija je, zahvaljujući ovim opservatorijama, uspešno proučavala planete i satelite Sunčevog sistema. Proučavane su površina Meseca i njene fizičke karakteristike i Mesečevi polarni predeli. Venerin reljef je radarski sniman kroz njene guste oblake a proučavane su i karakteristike njene površine. Radarski je snimana i Merkurova površina a preciznim merenjem njegove putanje vrši se provera Ajnštajnove teorije relativiteta. Mars je radarski sniman da bi se procenila sigurnost spuštanja lendera a pronađena je i oblast nazvana Stealth koja ne reflektuje radio-talase.

Snimani su Jupiterovi prirodni sateliti, Saturnov prsten i satelit Titan. Dobijeni podaci su poslužili za poređenje sa snimcima kosmičkih sondi koje su radarom snimale susedne planete i satelite: sonda „magelan“ je snimala Veneru, „mro“ i „mars express“ Mars a sonda „kasini“ Titan.

Na rastojanju od 100 miliona km

Radarska astronomija je ograničena razdaljinom posmatranog objekta jer prijemna snaga signala u odnosu na emitovanu opada sa četvrtim stepenom udaljenosti objekta pa su zasad Saturnovi sateliti najdalje snimani objekti.

Najteži zadatak radarske astronomije je bilo detektovanje a potom i snimanje asteroida. Merenjem vremena putovanja radio-talasa do asterioda i nazad precizno se izračunava udaljenost od Zemlje; na rastojanju od 100 miliona km, odstupanje iznosi samo 100 m. Praćenjem asteroida izračunava se njegova putanja a na osnovu Doplerovog efekta i brzina rotacije. Na osnovu refleksionih osobina asteroida može se proceniti struktura njegove površine a u nekoj meri i hemijski sastav.

Asteroidi postupno menjaju svoju putanju pod uticajem svetlosnog potiska, sunčevog vetra ili sopstvenog emitovanja toplotnog zračenja, tzv. efekat Jarkovskog, pa se praćenjem promene putanje vrše provere tačnosti teoretski pretpostavljenih efekata. Trenutno je najveća postignuta rezolucija 4,5 m za NEA asteroide, pri snimanju u bližem prolasku pored Zemlje.

Najbolji rezultati se postižu kada antene rade spregnuto - jedna u emisionom režimu a druga u prijemnom, tzv.bistatički. Neka snimanja su obavljana i sinhronim radom antene „Aresibo“ i 27 antena teleskopa „VLA“ u Novom Meksiku. Znatan broj naučnika je bio uključen u radarsko snimanje asteroida u čemu se donekle ističe rad koji je obavljao dr Stiven J. Ostro.

Uspešno snimljeni asteroidi

Do oktobra 2014. radarski je snimljeno 489 NEA asteroida, 138 asteroida u glavnom pojasu i 18 kometa. Među brojnim primerima uspešno snimljenih asteroida izdvaja se nekoliko karakterističnih:

4769 Castalia je prvi asteroid koji je snimljen radarom velike antene opservatorije „Arecibo“ 1989. kada je prošao na 4 miliona km od Zemlje. Ustanovljeno je: dimenzije ovog asteroida iznose 1,8x0,8 km, rotaciju obavi za 4 časa i silikatnog je sastava.

4179 Toutatis je asteriod koji se kreće izrazito eliptičnom putanjom - 4,12 do 0,937 astronomskih jedinica od Sunca. Period obilaska oko Sunca je sinhronizovan sa Zemljinim obilaskom u odnosu 4:1 tako da se pri svakom približavanju Suncu približava i Zemlji, što znači da predstavlja potencijalno opasan objekat koji bi mogao u budućnosti da bude zahvaćen Zemljinom gravitacijom i udari u nju. Tutatis je više puta radarski sniman pri prolascima pored Zemlje, u periodu od 1992. do 2012, a 2004. je prošao na rastojanju od 1,5 miliona km. Izmerene su mu dimenzije - 4,6x2,4 km, sastoji se od dva tela koja su nekada bila odvojeni asteroidi koji su se svojom slabom gravitacijom privukli i spojili u jedan objekat, tzv. kontaktni binarni asteroid. Rotacija mu iznosi 5,38 Zemljinih dana a precesija 7,38 dana.

216 Kleopatra je asteroid u glavnom pojasu na udaljenosti od Sunca 3,446 -2,09 astronomskih jedinica i radarski je osmatrana kada je bila udaljena 171 miliona km od Zemlje. Predstavlja veći binarni kontaktni asteroid dimenzija 217x94x81 km, nalik je na oglodanu kost pa joj je u popularnoj astronomiji nadimak „dog bone“. Rotaciju obavi za 5,385 časova a prate je sateliti, dva mala asteroida nazvana Alexhelios i Cleoselene. Pripada M tipu asteroida, što znači da u sastavu ima značajan udeo gvožđa i nikla. Zahvaljujući velikoj radio-talasnoj refleksivnosti od strane tih metala, bilo je moguće da se udaljena Kleopatra uspešno radarski snimi i stvori model njene unutrašnjosti. Pošto joj gustina varira od 4,27 do 0,86 g/cm3, smatra se da u njenoj unutrašnjosti ima i šupljina.

Asteroidi grupe NEA koji prilaze Zemlji na rastojanju bližem od nekoliko miliona km a ponekad i bliže od Meseca su daleko lakši ciljevi radarskog osmatranja a mogu se osmatrati i objekti manji od 100 m.

2014 HQ 124 je 8. juna 2014. prošao na rastojanju od oko 1,4 miliona km i pri tome je radarski sniman velikom antenom opservatorije „Aresibo“. Predstavlja kontaktni binarni asteroid, prečnika 370 m.

1998 KY 26 je sniman radarski i optički 1998. u vreme prolaska pored Zemlje na udaljenosti od 0,8 miliona km. Prečnik mu je 30 m a rotira oko svoje ose za samo 10,7 min. Smatra se, na osnovu radarske refleksivnosti, da sadrži hidratisane minerale, zbog čega je NASA zainteresovana da u narednoj deceniji uputi ka njemu kosmički brod sa ljudskom posadom.

Njegova putanja oko Sunca sa najvećom i najmanjom daljinom 1,48 do 0,938 astronomskih jedfinica je približna transfernoj putanji između orbita Zemlje i Marsa. U budućnosti bi mogao da posluži kao usputna stanica za kosmičke brodove koji bi se snabdevali vodom. Moguće je i da se taj asteroid, mase nekoliko hiljada tona, uspostavljanjem naseobine i tehnološke baze, vremenom preradi u tranzitni kosmički brod na putu od Zemlje do Marsa i nazad.

2004 BL 86 je asteroid koji je prošao na rastojanju od 1,2 miliona km 26. januara 2015. Radarski je sniman antenom opservatorije „Goldstoun“.

Prečnik mu iznosi 325 m i ima sopsveni satelit, malog pratioca reda veličine desetak metara.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"