Om asteroider och nyckelhål

”65 million years ago, the dinosaurs had a bad day”.

Phil Plait, TEDx Boulder

 

Den första september 2017 kommer knappast fler än de mest dedikerade astronomerna att vaka. Det är dett gyllene tillfälle att med jordbaserad radarutrustning kunna ”se” detaljer ner till tio meter på en asteroid. Med ett hyfsat teleskop kan man också se ”Florence” dagarna kring månadsskiftet. Riktningen man ska spana i är Vattumannen och senare Delfinen. 3122 Florence är dock ingen asteroid för vilken man behöver oroa sig för de närmaste 2000 åren.

För att en asteroid eller komet ska föras in på listan över NEO, Near Earth Objects, ska det i sin omloppsbana kring solen komma in på ett avstånd mindre än 1,3 AU, knappa tvåhundra miljoner kilometer, från Solen. Objekt som inte kommer närmare Solen än en AU kan passera Jorden på nära håll, men korsar aldrig Jordens bana. Däremot passerar objekt som har ett perihelium mindre än en AU, och ett aphelium större än 1 AU, Jordens omloppsbana två gånger varje varv objektet fullgör kring Solen.

För att en komet eller en asteroid ska utgöra fara för oss ska den vara både stor och, givetvis, nära. Mycket nära. ”Florence” är stor men inte nära.

Nära, men inte särskillt stor, kom 367943 Duende med sin diameter kring 45m. Den ådrog sig  mycket uppmärksamhet när den 15:e februari 2013 passerade Jorden på ett avstånd av 27700 km. Närmare Jorden än de satelliter som länkar TV-bilderna. Duende är trots allt större än den uppskattningsvis 17-meters asteroiden som exploderade över Tjeljabinsk samma dag. Frågan om huruvida dessa påhälsningar utifrån hade något samband utreddes och avskrevs. Det var ett tillfälligheternas spel. Däremot intensifierades diskussionerna kring vikten av att kunna avstyra en framtida stor träff.

Viktigt att låta sig påminnas om, är att asteroiderna och kometerna hör hemma i vårt solsystem. Här kretsar allt kring Solen, även om en del objekt är små följeslagare till större sådana. (Kan du beskriva Månens färd kring Solen?) Det ger oss möjligheten att använda Solen som en fixpunkt och ge den en relativ hastighet noll. Jämfört med Solen färdas vår planet med en hastighet på nära 30 km/s. Hur långt ifrån varandra i tid var Jorden och Duende? Hur långt hinner jorden på 15 minuter?

Känn på den en stund.¹

Solen är god för nära 99% av solsystemets massa. Gravitationen är proportionell mot massan och omvänt proportionell mot avståndet. Därför kan vi anta att en mängd ”löst omkringsusande föremål” försvinner in i vår stjärna. Här är ett exempel från 2015 när en komet upplöses när den dras för nära solen.

Jupiter, den näst största kroppen i solsystemet, är också den av stor betydelse när det gäller att förhindra en del kometer och asteroider att fortsätta irra omkring.

En satellit som färdas i en hastighet på 7,5 km/s relativt Jorden på ett avstånd om 7079 km från Jordens masscentrum, drygt 700 km över jordytan, ligger stabilt i sin bana. Sjunker hastigheten kommer satelliten småningom att närma sig jordytan och brinna upp i atmosfären. Ökar hastigheten kommer satellitens banradie att bli längre. Skulle det inte finnas något som bromsade dess färd skulle den småningom befinna sig så långt från Jorden att den finner nåt annat att kretsa kring. Närmast då Solen. Formeln intill ger tanken vägledning. Tips – finns här!

Skulle en satellit färdas kring Jupiter i ovan nämnda hastighet, 7,5 km/s, skulle dess banradie vara över två miljoner kilometer. Detta får stå som jämförelse – inget mer i detta skede. En annan tankeväckande jämförelse är att vår Måne har en banradie på 384000 km, Jupiters måne Ganymedes har en banradie på över en miljon kilometer. Månen tar drygt 27 dygn på sig för att varva Jorden. Ganymedes gör ett varv kring Jupiter på något över sju dygn. Vad säger det om Jupiters gravitation?

Så långt i resonemangen kan vi konstatera att föremål som passerar tillräckligt nära en stor himlakropp inte längre fortsätter i exakt samma bana som den hade innan. Vi kan också konstatera att ”tillräckligt nära” är betydligt längre när nåt passerar Jupiter än när nåt passerar vår planet. Det är här nyckelhålen kommer in i bilden.

Om en asteroid kommer tillräckligt nära Jorden kommer dess riktning att förändras. För alltid. Det finns då en möjlighet att asteroiden påverkas exakt så mycket av Jordens gravitation att asteroiden vid en senare passage kolliderar med Jorden. Med kännedom om en asteroids bana kan beräkna rätt exakt på vilket avstånd, och i vilken vinkel, den ska passera Jorden för att utgöra en framtida fara. I så fall säger man att den passerat genom ett gravitationellt nyckelhål.

I slutet av 2004 tydde observationer och beräkningar på att asteroiden 99942 Apophis skulle komma att, med en sannolikhet på 2,7%, träffa Jorden 13:e april 2029. Även om det senare visade sig lugnt på kollisionsfronten beräknade man ännu 2006 att ”Apophis” kunde passera genom ett gravitationellt nyckelhål när den passerar Jorden 2029. I så fall kunde den kollidera med Jorden exakt sju år senare. 2008 visade beräkningarna att det nyckelhål ”Aphopis” borde ”flyga igenom” för att senare kunna komma tillbaka och ställa till oreda var mindre än en kilometer brett.

Hur som helst har bara två asteroider noterats över normalvärdet på Torinoskalan. ”Apophis” innehar rekordet med en fyra på den elvagradiga skalan. En fyra på skalan innebär följande:

”Objekt som passerar så nära Jorden att risken är 1 procent eller mer för en kollision med regionala skador. Förtjänar uppmärksamhet från allmänheten och dess företrädare om passagen kommer att ske inom 10 år. Mest troligt är att mer noggranna observationer kommer att omdefiniera objektet till en 0:a.”

Beräkningarna för hur asteroiders omloppsbanor förändras efter närkontakt med en planet eller en annan större himlakropp är i stort sett de samma som används för att bruka himlakroppars gravitation för att förändra en rymdsonds hastighet eller riktning. Asteroiden Duende, som beskrevs tidigare, fick sin omloppsbana så pass tillskrynklad efter passagen nära Jorden 2013 att dess period förkortades från 368 till 317 dygn. Duendes aphelium reducerades från 1.110 till 0.9917 AU. Det betyder att den numera spenderar så gott som hela sin tid innanför Jordens omloppsbana. Duende kommer inte närmare Jorden än 30 000 km vid nästa kända ”riktigt-nära-passage” 2123.

När det gäller kometer och asteroider kan de ha väldigt elliptiska omloppsbanor. Det innebär att de kan korsa flera planeters omloppsbanor. Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko blev vän med många i och med att det var den kometen ESA‘s rymdsond Rosetta jagade ifatt och följde. Den interaktiva grafiken på ESA’s sida visar tydligt kometens bana och hur planeters gravitation användes för att accelera och styra Rosetta.

Som tur är känner de kringrusande hoten större dragningskraft till Solen och Jupiter än de gör till Jorden. SOHO, satelliten som sändes till Lagrangepunkt 1 för att hålla uppsikt över Solen, har tagit en hel del bilder på kometer. De bästa finns samlade i ett galleri.

Ta också gärna en titt på ”Asteroid day” och ”Scientists rock”

¹  30 km/s · 15 · 60 s = 27 000 km. 

 

---

Jan är lärare i matematik, fysik och vetenskapliga tillvalsämnen på Sursik skola i Pedersöre, Finland, samt resursperson på skolresurs.fi. Att ta in världsrymden i klassrummet ger ofta, åtminstone, ett delsvar på frågan ”Varför?”, en fråga som hörs rätt ofta i samband med matematikundervisningen. Att dryfta stora frågor ger nyfikenheten näring, vilket i sin tur är en av nyckelingredienserna till framgång.