Polowanie na asteroidy Teach article

Tłumaczenie: Bogusław Malański; Planetarium i Obserwatorium Astronomiczne im. Arego Sternfelda; Łódź, Polska. Czy chciałbyś ocalić świat? Andy Newsam i Chris Leigh z Szkolnego Obserwatorium Narodowego w Wielkiej Brytanii proponują zajęcia dzięki którym rzeczywiście możesz stać…

Wstęp

Zdjęcie dzięki uprzejmości
NASA / JPL-Caltech

Asteroidy to niewielkie planetki zbudowane ze skał oraz metali krążące wokół Słońca. Są zbyt małe by uważać je za planety. Do dzisiaj odkryto dziesiątki tysięcy asteroidów. Więcej niż 12 000 asteroidów ma swoje oficjalne nazwy.

Ceres, sfotografowana przez
kosmiczny teleskop Hubble’a

Zdjęcie dzięki uprzejmości
NASA, ESA oraz J Parker
(Southwest Research Institute);
źródło: Wikimedia Commons

Największa asteroida, Ceres, ma średnicę około 1000 km. Najmniejsze to okruchy skał o średnicy około 6 cm. Do dzisiaj odkryto tylko 15 asteroidów mających średnicę większą niż 240 km. Jeżeli wszystkie asteroidy dałoby się zgromadzić w jednym miejscu, to średnica takiego obiektu byłaby mniejsza niż średnica Księżyca (3500 km).

Większość asteroidów została zlokalizowana w tzw. Pasie Asteroidów znajdującym się między orbitami Marsa i Jowisza. Znaleziono również asteroidy, których orbity przebiegają w pobliżu Ziemi. Asteroidy te noszą nazwę NEO (z języka angielskiego Near-Earth Object). Te, które uderzają w Ziemię nazywają się meteroidami. Jeżeli meteoroid z dużą prędkością uderzy w atmosferę Ziemi, tarcie powoduje wydzielanie się dużych ilości ciepła i świecenie; taki obiekt nazywamy meteorem. Jeżeli meteoryt nie spłonie całkowicie w atmosferze i dotrze do powierzchni Ziemi, to wtedy nazywany jest meteorytem.

Krater Barringera w Arizonie,
USA. Jego średnica wynosi
1,186 km, głębokość 180 m.
Krater otoczony jest
brzegiem wyrzuconych i
potrzaskanych skał, z
których niektóre są wielkości
budynku mieszkalnego. Cień
widoczne na północnej
stronie krateru to centrum
zwiedzania. (23 stycznia
2004r)

Zdjęcie dzięki uprzejmości ESA

Wiele małych asteroidów uderza w Ziemię każdego dnia. Są one zbyt małe by spowodować jakieś szkody. W przeszłości zdarzały się już kolizje z większymi obiektami. 50 000 lat temu meteor o średnicy 40 m zderzył się z Ziemią pozostawiając po sobie krater o średnicy 1,186 km (Barringer Crater w Arizonie, USA). Takie zderzenie zachodzi średnio, co 1000 lat. Często kratery po zderzeniu są niewidoczne na skutek erozji, wegetacji lub z tego powodu, że zderzenie nastąpiło w miejscu zajmowanym prze ocean.

Chociaż jest mało prawdopodobne by duży NEO zderzył się z Ziemią w czasie naszego życia, astronomowie szukają i śledzą tory wielu z nichw1. Jeżeli znajdą NEO o masie zagrażającej życiu na Ziemi, to być może uda się jakoś zepchnąć taki obiekt z jego kursu i uniknąć zderzenia.

Jak można wykryć tak mały obiekt w przestrzeni pozaziemskiej? Pozycje tzw. gwiazd stałych nie zmieniają się z nocy na noc; natomiast pozycje Księżyca, planet i asteroidów są zmienne. Niestety rozmiary asteroidów są zbyt małe by dojrzeć je nieuzbrojonym okiem. Potrzebne są dobre lornetki lub teleskopy.

W opisanych poniżej zajęciach praktycznych zaproponowanych przez Szkolne Obserwatorium Narodowe Wielkiej Brytaniiw2 (patrz ramka) uczniowie w wieku 9 – 19 lat starają się odnaleźć asteroidy przeglądając zdjęcia dostarczone przez w pełni zautomatyzowany teleskop. Jest to teleskop o nazwie Liverpool Telescope umieszczony w La Palma na Wyspach Kanaryjskich – Hiszpania. Teleskop ma średnicę zwierciadła 2m, wysokość 8m i masę 25 ton. Używając tej samej techniki jaką posługują się zawodowi astronomowie, uczniowie szybko uczą się, jak wykrywać rzeczywiste asteroidy. Młodsi wymagają objaśnień, jak to robić. Pomocą służą nauczyciele oraz materiały pomocnicze dostępne onlinew3. Bardziej zaawansowani uczniowie mogą obliczyć szybkość wykrytych asteroidów (patrz zajęcia zaawansowane poniżej) i przesłać swoje obliczenia do weryfikacji. Te praktyczne zajęcia zawierają w sobie elementy: technologii informatycznej, fizyki i matematyki. Zapowiadają się fascynujące godziny odkrywców!.

Narodowe Obserwatorium Szkolne

Narodowe Obserwatorium Szkolne (National Schools' Observatory, NSO) jest główna stroną edukacyjną prowadzoną przez Uniwersytet John Moore w Liverpool w Wielkiej Brytanii (Liverpool John Moores University, UK). Strona ta umożliwia uczniom prowadzenie własnych obserwacji wspólnie z zawodowymi astronomami. Używają oni w pełni automatycznego teleskopu – Liverpool Telescope, którego 5% czasu pracy zostało przydzielone szkołom w Wielkiej Brytanii oraz Irlandii. Po skończeniu obserwacji uczniowie pobierają uzyskane dane z teleskopu i analizują je przy pomocy specjalnego oprogramowania do przetwarzania obrazów. Serwis prowadzony przez NOS oferuje również materiał edukacyjny z zakresu astronomii.

 

Wizja artysty przedstawiająca
asteroid uderzający w płytkie
tropikalne morze niedaleko
wybrzeża Meksyku.
Pozostałością tego uderzenia
jest krater zwany Chicxulub.
Możliwe, że skutki tej kolizji
przyczyniły się do wyginięcia
dinozaurów. Na szczęście
zderzenie tak dużej asteroidy
z Ziemią zdarza się raz na
kilka milionów lat

Zdjęcie dzięki uprzejmości
NASA / JPL-Caltech

Obserwacja asteroidów

Przygotowanie

Wszystko, co potrzebne jest bezpłatnie i dostępnew3 bez żadnej rejestracji. Każdy uczeń (lub para uczniów) potrzebuje komputera działającego pod systemem Microsoft Windows®. Nie jest nawet konieczne połączenie z Internetem, gdyż dane są pobierane są wcześniej

  1. Pobierz i zainstaluj oprogramowanie o nazwie LTImage. Oprogramowanie to zostało napisane przez NOS i dostosowane do potrzeb uczniów. LTImage obsługuje zdjęcia w formacie FITS. Jest to format w jakim zapisywane są zdjęcia przez wszystkie profesjonalne teleskopy na świecie. Przewodnik filmowy pokazujący jak używać oprogramowanie LTImage i dostępny jest w trybie online.
  2. Pobierz instrukcję nauczyciela w postaci prezentacji Power Point® . Dostępne są również komentarze nauczyciela (przydatne dla uczniów w wieku 7-11 lat oraz 11-16 lat; starsi uczniowie zapewne nie będą tych komentarzy potrzebować).
  3. Uruchom prezentację PowerPoint.
  4. Wręcz kartę pracy każdemu uczniowi

Aby uzyskać szczegółową informację, jak używać oprogramowania LTImage, przejrzyj komentarze nauczyciela.

Przeprowadzenie obserwacji

Aby wykryć poruszające się asteroidy, potrzebne są obrazy nocnego nieba zrobione w pewnych odstępach czasu, tak by asteroida zmieniła swoją pozycję. Aby być całkowicie pewnym użyjemy czterech obrazów, które były zrobione w odstępie czasu 30 minut.

Obrazy takie znajdziesz w sekcji “Data files” w sekcji Hunting for Asteroids activityw3.

Wtórne zwierciadło teleskopu
Liverpool Telescope

Zdjęcie dzięki uprzejmości J
Marchant

Pliki ah_demo-1.fits do ah_demo-4.fits są plikami symulacyjnymi, które należy wykorzystać do treningu. Pliki ahunt-10-1-1.fits do ahunt-10-1-4.fits są zdjęciami rzeczywistymi obiektu NEO o nazwie 2001 GQ2, które zostały uzyskane tuż przed północą 5 kwietnia 2009 roku.

  1. Zapisz wszystkich osiem obrazów do wybranego katalogu w swoim komputerze. W pierwszej kolejności użyj plików symulacyjnych (ah-demo-1, ah-demo-2 etc.) by przećwiczyć czynności poszukiwania prawdziwych asteroidów.

Wykrywanie asteroidów

  1. Uruchom program LTImage i otwórz w nim pierwszy obraz.

Możesz czuć się rozczarowany, gdyż obraz prawdopodobnie będzie całkowicie czarny. Nie ma niepokoju; to normalne i wkrótce wszystko będzie dobrze. Kamera podłączona do teleskopu Liverpool została zaprojektowana by zliczać padające na sensor fotony, a nie otrzymywać piękne zdjęcia. Pewne detale w zdjęciu mogą być zbyt ciemne w porównaniu do sąsiednich jaśniejszych gwiazd i dlatego początkowo nic nie widać. Aby uzyskać więcej widocznych szczegółów ciemnych obiektów na zdjęciu należy wyregulować tzw. skalowanie przy użyciu dwóch suwaków w programie LTImage.

  1. Otwórz i wyskaluj pozostałe trzy obrazy.
Obraz przed oraz po skalowaniu
Zdjęcia dzięki uprzejmości National Schools’ Observatory
  1. W celu zlokalizowania asteroidy użyjemy techniki tzw. migania. W tym celu obserwuj ekran główny programu LTImage i przełączaj się między czterema obrazami. Rób to dość szybko; np. spoglądaj na obraz 1 przez około ½ sekundy, potem na obraz 2, 3 i 4. Wróć do obrazu 1 i powtórz proces oglądania.

Gwiazdy nie ulegną przesunięciu, natomiast asteroidy tak. I to wszystko co należy zrobić. Otwórz kilka obrazów, zastosuj technikę migania i jeżeli coś zmienia swoją pozycję ( po linii prostej) to jest to asteroida.

Czy widzisz jak, porusza się asteroida 2003 BK47? Kliknij na obrazek aby powiększyć
Zdjęcia dzięki uprzejmości National Schools’ Observatory

W zestawie zdjęć ćwiczebnych powinieneś znaleźć dwie poruszające się asteroidy (reprezentowane są dwa różne stopnie trudności ćwiczenia). Stosuj tak długo technikę migania, aż będziesz całkowicie pewny, że coś zauważyłeś. Możesz spróbować różnych odstępów czasu między mignięciami. Warto zauważyć, że obrazy gwiazd lekko się trzęsą, co jest spowodowane ruchem teleskopu z powodu wiejącego wiatru, jednak ruch asteroid jest oczywisty.

  1. Bądź zadowolony jeżeli znalazłeś nawet jeden ruchomy obiekt w zestawie ćwiczebnym zdjęć (drugi jest dość trudny do zauważenia). Wypróbuj teraz zestaw czterech prawdziwych zdjęć pochodzących z obserwacji, by przekonać się czy potrafisz odkryć prawdziwą asteroidę?

Znajdowanie pozycji obiektu NEO w pobliżu Ziemi

Zdjęcie dzięki uprzejmości
National Schools’ Observatory
  1. Jeżeli już znalazłeś NEO, to następnym krokiem jest zmierzenie jego pozycji (współrzędne X i Y piksela-obrazu asteroidy). W tym celu w programie LTImage użyj narzędzia „Image Examine”. Dokładny opis znajdziesz pod hasłem ‘Measuring the position of near-Earth objects (NEOs)’ na stronie Asteroid Watch activity websitew3.
  2. Aby znaleźć współrzędne X i Y przesuń wskaźnik myszy tak, by znalazł się dokładnie na krzyżem nitkowym w oknie „Examine”
  3. Powtarzaj powyższe czynności dla każdego zestawu NEO- nie zapomnij zapisać wyników.

Coś prawdziwego

Teraz gdy wiesz już, jak odkrywać asteroidy pobierz zdjęcia z ostatnich obserwacji prawdziwych NEO dokonanych przez zawodowych astronomów. Obrazy te, to pozycje ostatnio odkrytych NEO lub obiektów, którymi są prawdopodobnie NEO. Potrzebne są dalsze obserwacje aby można było wyznaczyć orbity NEO. Ponieważ są to dane rzeczywiste, nie możemy być całkowicie pewni czy znaleźliśmy NEO. Istniej szansa, chociaż niewielka, że to np. inna asteroida znalazła się w polu widzenia.

  1. Przejdź do sekcji ‘Download some recent observations to analyse’ na stronie ‘Asteroid Watch activity website'w3 i pobierz zestaw czterech obrazów. Pamiętaj o kodzie ID swojej grupy – będzie ci on potrzebny gdy będziesz chciał wysłać raport wyników twojej pracy.
  2. Wyskaluj obrazy, zastosuj technikę migania i zmierz pozycje NEO, które odkryłeś. Powinieneś znaleźć co najmniej jeden w najnowszych obserwacjach. W 1 przypadku na 10 nie będzie to NEO, w 1 przypadku na 100 będą to dwa NEO.

Dostarczanie wyników

Zdjęcie przedstawia
Liverpool Telescope

Zdjęcie dzięki uprzejmości J
Marchant

Aby dostarczyć wyniki twoich pomiarów (współrzędne X i Y odnalezionych NEO), przejdź do „Report your results’ na stronie ‘ the Asteroid Watch activity’. Użyteczne wyniki (z wykluczeniem spamu) będą przesłane do ‘the International Astronomical Union’s Minor Planet Centerw4, w celu lepszego oszacowania orbit znalezionych asteroid.

Zajęcia zaawansowane: obliczanie szybkości asteroidy

Jeżeli masz czas i nie boisz się zastosowania odrobiny matematyki z twoimi uczniami, możesz użyć zestawu zdjęć ćwiczebnych i oprogramowania LTImage w celu policzenia; dokąd i jak szybko porusza się asteroida? Szczegółowe instrukcje, jak to zrobić znajdziesz w zakładce ‘More able tasks’ na stronie: ‘Hunting for Asteroids’ activity websitew3.

Download

Download this article as a PDF

Web References

Resources

  • W filmie Deep Impact astronomowie starają się zniszczyć kometę zmierzająca w kierunku Ziemi. Chcesz wiedzieć, jakich narzędzi i metod używali? Przeczytaj o tym w:
  • Oberhummer H, Behacker M (2006) Deep Impact. Science in School 1: 78-80. www.scienceinschool.org/2006/issue1/deepimpact
  • Przyłączając się do projektu ‘Galaxy Zoo’ (Zoo Galaktyczne) możesz pomóc astronomom w klasyfikacji galaktyk analizując obrazy otrzymane przez teleskop Hubble’a. W projekcie ‘Moon Zoo” (Zoo Księżycowe) możesz pomóc w klasyfikacji powierzchni Księżyca. Zobacz: www.galaxyzoo.org oraz www.moonzoo.org

Author(s)

Andy Newsam jest dyrektorem Narodowego Obserwatorium Szkolnego oraz wykładowcą astromomii w Liverpool John Moores University, Wielka Brytania. Prowadzi również badania astronomiczne – zajmuje się tak ciekawymi zagadnieniami takimi, jak: eksplodujące gwiazdy, czarne dziury o wielkich masach, soczewkowanie grawitacyjne. Jest również propagatorem wiedzy o astronomii. Z tego powodu wiele czasu spędza na podróżach odwiedzając szkoły. Zachęca do nauki astronomii uczniów oraz nauczycieli.

Chris Leigh ma tytuł doktora w dziedzinie astrofizyki. Pracując w University of St Andrews, Wielka Brytania, zajmował się odkrywaniem wielkich planet gazowych krążących w innych systemach słonecznych. Chris przeniósł się do Liverpool John Moores University w roku 2004 i obecnie jest kierownikiem Narodowego Obserwatorium Szkolnego. Nadal kontynuuje swoje zainteresowania w poszukiwaniu planet w innych układach słonecznych.


Review

Artykuł zawiera krótki wstęp na temat asteroidów oraz informacje o teleskopie fotografującym asteroidy (Liverpool Telescope). Opisane są zajęcia pokazujące cyfrową obróbkę obrazów uzyskanych przy pomocy teleskopu. Umożliwia to połączenie pojęć fizyki klasycznej (odległość, szybkość, grawitacja) ze współczesną fizyką (dokładniej: astrofizyką) oraz naukami o Ziemi (dokładniej: Układ Słoneczny, zderzenia asteroid z Ziemią). Opisane są zajęcia praktyczne z małymi grupami uczniów, mające na celu obróbkę prawdziwych zdjęć astronomicznych i odkrycie realnych asteroid mogących zderzyć się z Ziemią. Tematyka ta działa motywująco na uczniów oraz nauczycieli.

  • Artykuł ten porusza następujące zagadnienia:
  • Co to są asteroidy i jakie jest ich pochodzenie?
  • Jakie efekt miałoby zderzenie asteroidy z Ziemią?
  • Jakie są właściwości asteroidów w naszym Systemie Słonecznym?
  • Jakim narzędziem jest teleskop w Liverpool i jak jest używany?
  • W jaki sposób można obliczyć szybkość oraz drogę przebytą przez asteroidę?

Gerd Vogt, Szkoła Ponadgimnazjalna Środowiska i Ekonomii, Yspertal, Austria




License

CC-BY-NC-SA