Jagen op asteroïden

Introductie

Asteroïden, ook wel planetoïden genoemd, zijn stoffige, rots-achtige, metalige objecten in een baan rond de zon, te klein om een planeet genoemd te worden. Tot zo ver zijn er tienduizenden asteroïden ontdekt en meer dan 12.000 hebben een officiële naam.

De grootste, Ceres, heeft een diameter van 1.000 km, terwijl de kleinste niet groter dan kiezelstenen zijn. Er zijn slechts 15 asteroïden ontdekt met een diameter groter dan 240 km en zou je alle bekende asteroïden aan elkaar plakken, dan zou je nog steeds een object hebben dat kleiner is dan de maan (diameter 3.500 km).

De meeste asteroïden worden gevonden in de planetoïdengordel tussen de banen van Mars en Jupiter, maar er zijn er ook met banen die hen erg dicht bij de aarde brengen. Deze worden aardscheerders genoemd (in het Engels: near-Earth objects, NEO’s). Als ze op een botsingskoers met de aarde liggen, dan worden ze meteoroïden genoemd. Als een meteoroïde de atmosfeer met hoge snelheid treft, dan zorgt wrijving ervoor dat hij verbrand in een streep van licht die een meteoor genoemd wordt. Als de meteoroïde niet volledig verbrandt, dan treft het overblijfsel het aard-oppervlak en wordt het een meteoriet genoemd.

Alhoewel elke dag vele kleine asteroïden op de aarde inslaan, zijn de meesten te klein om schade aan te richten. In het verleden zijn er echter grotere geweest: de 1,186 km wijde Barringer Crater in Arizona, V.S., is zo’n 50.000 jaar geleden ontstaan door een meteoor die waarschijnlijk maar 40 m breed was. Zulke inslagen komen ongeveer eens per 1.000 jaar voor, maar de meeste kraters zijn niet zichtbaar door verwering of vegetatie, of doordat ze op de zeebodem liggen.

Alhoewel het erg onwaarschijnlijk is dat een grote NEO binnen afzienbare tijd de aarde zal treffen, doen astronomen hun uiterste best om zo veel mogelijk NEO’s te vinden en te volgen^w1. Als ze grote, aard-bedreigende NEO’s vroeg genoeg kunnen vinden, dan is het misschien mogelijk om hen uit hun baan te ‘duwen’ om te voorkomen dat ze op de aarde inslaan.

Hoe vinden we ze? Alhoewel de posities van de sterren niet veranderen van de ene op de andere nacht, bewegen de maan, planeten en asteroïden langzaam tussen deze sterren door. Anders dan planeten zijn asteroïden niet helder genoeg om met het blote oog waar te nemen. Om ze te kunnen waarnemen hebben we een verrekijker of telescoop nodig.

In de hierna beschreven activiteit, bedacht door het National Schools’ Observatory^w2 (NSO; zie kader) in het Verenigd Koninkrijk, kunnen leerlingen van 7 tot 19 jaar op asteroïden jagen. Ze maken hierbij gebuik van beelden van ’s werelds grootste volautomatische robotische telescoop, de Liverpool Telescoop op La Palma, op de Canarische Eilanden, Spanje (8 m hoog, met een gewicht van 25 on en spiegels van 2 m diameter). Terwijl ze dezelfde technieken gebruiken als professionele astronomen, leren leerlingen snel om echte asteroïden in echte waarnemingen te vinden. Jongere leerlingen hebben misschien een introductie nodig van hun docenten, voor wie er ondersteunend materiaal online beschikbaar is^w3. Oudere leerlingen kunnen het project uitbreiden en de snelheid van de gedetecteerde asteroïden berekenen (zie de gevorderde activiteit hieronder) en hun gegevens terugsturen. De workshop combineert informatica, natuurkunde en wiskunde in een uur vol plezier en ontdekking.

Op de uitkijk voor asteroïden

Voorbereiding

Alle benodigde materialen zijn zonder registratie gratis beschikbaar online^w3. Elke leerling (of kleine groep van leerlingen) heeft een computer nodig waarop Microsoft Windows^® draait. Een Internet-verbinding is niet nodig, aangezien de bestanden van tevoren gedownload worden.

1. Download en installeer de speciale LTImage software. Dit beeldbewerkings-gereedschap is ontwikkeld door de NSO en aangepast voor eenvoudig gebruik binnen scholen. LTImage kan alle bestanden in het FITS-formaat bewerken, wat betekent dat het kan omgaan met bestanden van de meeste professionele telescopen. Een screencast-handleiding die het gebruik van de software uitlegt, is online beschikbaar.
2. Download de docenten-handleiding, de inleidende PowerPoint^® presentatie en een verzameling werkbladen (beschikbaar voor 7-11 en 11-16 jaar; oudere leerlingen hebben deze werkbladen waarschijnlijk niet nodig).
3. Gebruik de PowerPoint presentatie om de activiteit te introduceren.
4. Geef elk van de leerlingen een werkblad.

Zie de docenten-handleiding voor een gedetailleerdere uitleg van de diverse stappen in LTImage.

Het doen van de waarnemingen

Om de beweging van asteroïden waar te nemen, maken we foto’s van de nachtelijke hemel met wat tijd ertussen, zodat de asteroïden zich verplaatst hebben in de tijd tussen de verschillende foto’s. Om er zeker van te zijn dat we ons niet vergissen, maken we vier aparte foto’s, met steeds zo’n 30 minuten ertussen.

Je kunt de beelden vinden in het onderdeel ‘Data files’ binnen de Hunting for Asteroids activiteit^w3.

De bestanden ah_demo-1.fits t/m ah_demo-4.fits zijn gesimuleerde gegevens om mee te oefenen; de bestanden ahunt-10-1-1.fits t/m ahunt-10-1-4.fits zijn echte waarnemingen van een NEO met de naam 2001 GQ2, genomen net voor middernacht op 5 april 2009.

1. Sla alle acht bestanden op op je computer. Gebruik voor je eerste poging de demonstratie-set (ah-demo-1, ah-demo-2 enz.) met gesimuleerde asteroïden.

Het vinden van asteroïden

2. Start LTImage en laad het eerste beeld.

Misschien ben je eerst teleurgesteld, omdat het beeld waarschijnlijk erg donker is. Maak je geen zorgen, dit is normaal en kan gecorrigeerd worden: de camera op de Liverpool Telescope is ontworpen om fotonen te tellen en niet om mooie plaatjes te maken. Sommige details in het plaatje zijn in eerste instantie zo donker in vergelijking met de omliggende heldere sterren, dat we ze niet kunnen zien. Om meer details van donkere objecten te kunnen zien, moeten we de schaling aanpassen met behulp van de twee schuifbalken in LTImage.

3. Laad de drie andere beelden en pas de helderheids-schaal aan.

4. Om asteroïden te vinden, gebruiken we een techniek die blinking genoemd wordt. ‘Blinken’ is eenvoudig: kijk enkel naar het hoofdscherm in LTImage en wissel snel tussen elk van de vier beelden. Kijk bijvoorbeeld een halve seconde naar beeld 1, dan naar beelden 2, 3 en 4, om vervolgens weer terug te gaan naar beeld 1 en het proces te herhalen.

De sterren bewegen niet, maar asteroïden wel. En dat is alles – neem verschillende foto’s, blink ze en als er iets bweegt (in een rechte lijn), dan is het een asteroïde.

Je zou twee asteroïden moeten kunnen vinden in de voorbeeld-set (een is moeilijker te vinden dan de ander). Blijf blinken tot je zeker van je resultaat bent. Je kunt experimenteren door langer naar het ene beeld te kijken dan naar het andere. Sterren kunnen een beetje op en neer bewegen als gevolg van de wind en telescoop-instellingen, maar de bewegingen van asteroïden zijn duidelijker.

5. Als je tevreden bent, nadat je minstens een van de bewegende objecten in de demonstratie-set hebt gevonden, probeer dan de vier beelden van de echte waarneem-set en kijk of je daar de asteroïde kunt ontdekken.

De positie van een NEO bepalen

6. Als je eenmaal door middel van blinken een NEO hebt gevonden, dan is de volgende stap het bepalen van de positie. Gebruik de Image Examine tool in LTImage om de pixel-coördinaat van de asteroïde in elk beeld te bepalen. Zie het onderdeel ‘Measuring the position of near-Earth ojects (NEOs)’ op de Asteroid Watch-website^w3 voor gedetailleerde instructies.
7. Beweeg de muis totdat hij net onder het oog in het Examine-venster is om de X- en Y-coördinaten te vinden.
8. Herhaal deze stap voor elke NEO en elk beeld en vergeet niet om je resultaten op te schrijven.

Voor de echt

Nu je begrijpt hoe alles werkt, ben je klaar om wat meer recente waarnemingen van NEO’s te downloaden, NEO’s waar astronomen meer over willen weten. De beelden zijn van locaties waar zich hoogstwaarschijnlijk nieuw ontdekte NEO’s bevinden en de waarnemingen moeten verfijnd worden om ons begrip van de banen van NEO’s te verbeteren. Omdat dit echte wetenschappelijke gegevens zijn, weten we niet zeker waar de NEO’s zich bevinden, of zelfs of ze op de foto’s staan, maar ze zouden er moeten zijn. Er is natuurlijk ook nog de kans dat zich een andere, nog onbekende asteroïde in het beeld bevindt.

9. Ga naar ‘Download some recent observations to analyse’ op de Asteroid Watch-website^w3 en download een verzameling van vier beelden. Maak een aantekening van de groep ID-code; deze heb je nodig wanneer je je resultaten opstuurt.
10. Schaal en blink de beelden en meet de posities van de NEO’s die je ontdenkt. In de meeste beelden zal zich minstens één NEO bevinden. In ongeveer 10% van de gevallen is geen NEO en in ongeveer 1% van de gevallen zijn er twee.

Je resultaten opsturen

Ga naar de Asteroid Watch-website om je resultaten (de X- en Y-coördinaten van nieuw gevonden NEO’s) op te sturen. Bruikbare resultaten (geen spam) worden doorgegeven aan het Minor Planet Center^w4 van de International Astronomical Union om hun benaderingen van de banen van de asteroïden te verbeteren.

Voor gevorderden: het berekenen van de snelheid van een asteroïde

Als u tijd heeft en niet bang bent om de leerlingen wat wiskunde te laten gebruiken, dan kunt u de demonstratie-set en enkele LTImage tools gebruiken om te bepalen hoe ver een asteroïde heeft bewogen en hoe snel hij gaat. Download het werkblad ‘More able tasks’ van de ‘Hunting for Asteroids’ website^w3 voor instructies.