Vânătoare de asteroizi

Introducere

Asteroizii, sau planetele minore, sunt obiecte de praf, de rocă sau de metal, ce orbitează în jurul Soarelui, şi care sunt prea mici pentru a fi considerate planete. Zeci de mii de asteroizi au fost descoperiţi până acum, şi mai mult de 12'000 sunt botezaţi oficial.

Cel mai mare, Ceres, are 1000 km în diametru, iar cei mai mici au mărimea pietricelelor. Numai 15 asteroizi au fost detectaţi cu diametre peste 240 km, iar dacă am lipi împreună toţi asteroizii cunoscuţi de-abia am avea un obiect mai mic decât Luna (diametru 3500 km).

Cei mai mulţi asteroizi se află în Centura de Asteroizi, între orbitele planetelor Marte şi Jupiter, dar alţii au orbite care trec foarte aproape de Pământ: aceştia sunt numiţi obiecte apropiate de Pământ (NEO – near-Earth objects). Dacă ajung pe un curs de coliziune cu Pământul, ei se numesc meteoroizi. Când un meteoroid intră în atmosferă cu mare viteză, frecarea intensă îl face să ia foc, iar dunga de lumină lăsată astfel pe cer este cunoscută sub numele de meteor. Dacă meteoroidul nu arde complet, partea din el care loveşte suprafaţa Pământului se numeşte meteorit.

Deşi mulţi asteroizii lovesc zilnic Pământul, ei sunt prea mici pentru a cauza pagube. Totuşi, au exista în trecut şi asteroizi mai mari: craterul Barringer din Arizona, SUA, având 1'186 km deschidere a fost creat în urmă cu 50'000 de ani de către un meteorit având diametrul de doar 40 m. Astfel de evenimente se întâmplă aproximativ la fiecare 1000 de ani, dar cele mai multe cratere nu sunt vizibile din cauza apei sau a vegetaţiei, sau pentru că meteoriţii au căzut în ocean.

Deşi este foarte puţin probabil ca un NEO mare să lovească Pământul pe durata vieţii noastre, astronomii se străduiesc foarte tare să găsească şi să urmărească cât mai mulţi NEO^w1. Dacă ar găsi un NEO mare şi ameninţător pentru Pământ, acesta ar fi posibil să fie 'împins' de pe traiectorie pentru a evita ciocnirea cu Pământul.

Cum îi găsim? Deşi poziţiile stelelor rămân relativ fixe noapte după noapte, Luna, planetele şi asteroizii hoinăresc încet în spaţiu. Spre deosebire de cele mai multe planete, asteroizii sunt prea mici pentru a fi văzuţi cu ochiul liber. Pentru a-i observa avem nevoie de binoclu sau de telescop.

Prin activitatea/lecţia următoare, inventată de Observatorul Şcolii Naţionale a Marii Britanii^w2 (NSO - National Schools’ Observatory; vedeţi caseta, elevi cu vârste între 7 şi 19 ani pot vâna asteroizi folosind imaginile generate de către cel mai mare telescop complet robotizat, Telescopul Liverpool din La Palma, Insulele Canare, Spania (telescop având 8 m înălţime, cântărind 25 de tone şi având oglinzi cu diametrul de 2 m). Folosind aceleaşi tehnici utilizate şi de astronomii profesionişti, elevii pot învăţa repede cum să detecteze asteroizi reali din observaţii reale. Elevii mai mici ar putea avea nevoie de îndrumare din partea profesorului, pentru care există materiale de asistenţă online^w3. Elevii mai mari pot în plus să calculeze şi viteza asteroizilor detectaţi (vedeţi mai jos sarcinile avansate) şi să raporteze datele determinate. Acest atelier combină tehnologia informatică, fizica şi matematica într-o oră amuzantă de descoperiri.

Asteroid Watch Pânda de asteroizi

Preparative

Toate materialele necesare se pot descărca gratuit de pe Internet^w3 fără înregistrare. Fiecare elev (sau pereche de elevi) va avea nevoie de un calculator rulând sistemul de operare Microsoft Windows^®. Conexiunea Internet nu este necesară pentru această activitate dacă fişierele sunt descărcate în prealabil.

1. Descărcaţi şi instalaţi software-ul dedicat LTImage. Aces utilitar pentru procesarea imaginilor a fost realizat de NSO şi adaptat pentru folosirea simplificată în şcoli. LTImage poate lucra cu toate imaginile existente în formatul FITS, respectiv cu imagini de la majoritatea telescoapelor profesionale din lume. Este disponibil on-line şi un ghid video de folosire a acestui software.
2. Descărcaţi notele-instrucţiuni pentru profesor, prezentarea introductivă realizată în PowerPoint^®, şi setul de notiţe-instrucţiuni pentru elevi (disponibil separat pentru vârste de 7-11 ani, şi respectiv 11-16 ani; elevii mai mari probabil nu vor avea nevoie de notiţe).
3. Faceţi introducerea la lecţie/activitate folosind prezentarea slide-show PowerPoint.
4. Înmânaţi fiecărui elev câte un exemplar al setului de notiţe corespunzător.

Pentru detalii despre cum se foloseşte LTImage în fazele individuale consultaţi notele pentru profesor.

Realizarea observaţiilor

Pentru a detecta mişcarea asteroizilor avem nevoie de imagini ale cerului de noapte prelevate la diferenţe relativ mici de timp, astfel încât (doar) asteroizii să-şi schimbe poziţia între imagini. Pentru a fi siguri că o mişcare observată este adevărată, vom folosi câte patru imagini separate (ale aceleiaşi porţiuni de cer), fiecare fotografiată la 30 de minute distanţă.

Veţi găsi imaginile în secţiunea ‘Data files’ a lecţiei Hunting for Asteroids^w3.

Grupul de fişierele de la ah_demo-1.fits până la ah_demo-4.fits sunt date de simulare pregătite special pentru antrenament, iar pachetul de date ahunt-10-1-1.fits până la ahunt-10-1-4.fits sunt observaţii reale ale asteroidului numit 2001 GQ2, fotografiate în noaptea de 5 aprilie 2009.

1. Salvaţi cele opt imagini pe calculator. În prima fază, pregătitoare, folosiţi setul de imagini demonstrative (ah-demo-1, ah-demo-2 etc.) care conţin asteroizi simulaţi pentru a fi uşor de observat.

Detectarea de asteroizi

2. Porniţi LTImage şi încărcaţi prima imagine.

Iniţial s-ar putea să fiţi dezamăgiţi, deoarece imaginea este probabil foarte închisă. Nu vă ingrijoraţi, aşa este firesc şi corect: camera foto a telescopului Liverpool este concepută să numere fotonii pe care îi recepţionează, nu să facă fotografii frumoase. Multe detalii din imagine pot fi foarte întunecate în comparaţie cu stelele strălucitoare, aşa că iniţial nu le puteţi observa. Pentru a dezvălui detalii ale unor obeicte cosmice mai obscure avem nevoie să ajustăm scara de iluminare folosind două reglaje din interfaţa aplicaţiei LTImage. (Meniul 'Display', submeniul 'Scaling'. Opţiunea „More Detail” se completează cu acţionări fine ale reglajelor liniare, după care se apasă butonul „Use new Values”.)

3. Încărcaţi şi scalaţi şi celelalte trei imagini.

4. Pentru a observa asteroizi, vom folosi o tehnică numică clipire. Pentru aceasta, priviţi la afişajul principal al aplicaţiei LTImage, apoi comutaţi între cele patru imagini în succesiune rapidă. De exemplu, priviţi imaginea 1 pentru o jumătate de secundă, apoi imaginile 2, 3 şi 4, după care revenim la imaginea 1 şi repetăm procesul.

Stelele din imagini nu se mişcă, însă asteroizii da. Aceasta este esenţa detectării: luaţi câteva imagini, priviţi-le în secvenţe rapide, şi dacă ceva se mişcă (pe o traiectorie dreaptă), acolo este un asteroid.

În setul de imagini demonstrative puteţi distinge doi asteroizi (unul este mai dificil de observat). Continuaţi procedeul de clipire până înţelegeţi. Eventual puteţi modifica intervalul de timp în care priviţi fiecare imagine. Observaţi că stelele pot apărea ca tremurând, datorită vântului sau unor variaţii optice, însă mişcarea asteroizilor este mult mai evidentă.

5. Când sunteţi sigur şi satisfăcut că puteţi găsi cel puţin unul dintre obiectele în mişcare din setul de imagini demonstrative, încercaţi cele patru imagini din setul de imagini reale pentru a căuta asteroizi reali.

Măsurarea poziţiilor de NEO

6. După ce aţi găsit un NEO prin “clipirea” imaginilor, următorul pas ar fi măsurarea poziţiei acestuia. Pentru a găsi coordonatele la nivel de pixel din fiecare imagine, folosiţi unealta ‘Image Examine’ din LTImage. Consultaţi secţiunea ‘Measuring the position of near-Earth objects (NEOs)’ din web-site-ul lecţiei Asteroid Watch^w3 pentru instrucţiuni detaliate.
7. Pentru a găsi coordonatele X şi Y, mişcaţi cursorul de mouse pe imagine până ajunge extact sub colimatorul din fereastra ‘Examine’.
8. Repetaţi procedeul pentru ficare NEO şi pentru fiecare imagine. Notaţi rezultatele obţinute.

Lucrul real

Acum, că aţi înţeles cum se lucrează, sunteţi gata să descărcaţi imagini cu observaţii mai recente ale unor NEO reale şi despre care astronomii au nevoie să afle detalii. Imaginile sunt din zone unde este probabil să apară asteroizi descoperiţi recent, iar observaţiile sunt necesare pentru a ne rafina înţelegerea privind orbitele NEO. Deoarece acestea sunt date reale, nu mai ştim cu certitudine unde/dacă apare un NEO în imagine, dar totuşi prezenţa asteroizilor este foarte probabilă. De asemenea, sunt şanse ca în imagini să apară şi asteroizi necunoscuţi.

9. Mergeţi la secţiunea ‘Download some recent observations to analyse’ a web-site-ului Asteroid Watch^w3, şi descărcaţi un set de patru imagini. Notaţi codul de identificare a grupului de imagini pentru a facilita ulterior raportarea rezultatelor.
10. Încărcaţi setul de imagini în LTImage, scalaţi-le luminozitatea şi analizaţi-le prin clipire. Măsuraţi poziţiile fiecarui NEO pe care îl detectaţi. În mai toate seturile de imagini va exista cel puţin un asteroid. Într-un caz din zece, în imagini nu va exista nici un NEO, iar într-un caz dintr-o sută vor fi două.

Raportarea rezultatelor

Pentru a transmite înapoi rezultatele (corodonatele X şi Y ale asteroizilor identificaţi) mergeţi la secţinea ‘Report your results’ a web-site-ului Asteroid Watch. Rezultatele coerente vor fi astfel preluate de Centrul pentru Planete Minore^w4 al Uniunii Internaţionale Astronomice, pentru.

O sarcină avansată: calcularea vitezei unui asteroid

Dacă aveţi timp şi vă simţiţi încrezător în derularea de mici calcule matematice cu elevii, puteţi folosi setul de imagini demonstrative şi anumite unelte din LTImage pentru a calcula cât a călătorit asteroidul şi cu ce viteză se deplasează. Pentru instrucţiuni descărcaţi fişa ‘More able tasks’ din web-site-ul ‘Hunting for Asteroids’^w3.