SUVREMENA NASTOJANJA U ISTRAŽIVANJU ASTEROIDA I MALA TIJELA HRVATSKIH IMENA

U Sunčevom sustavu, osim Sunca, 8 planeta i 5 patuljastih planeta Ceres (Cerera), Eris, Haumea, Makemake i Plutona, do danas je otkriveno preko milijun malih tijela Sunčevog sustava. Zbog malih dimenzija, za njihovo istraživanje često se zahtijevaju teleskopi s otvorima velikih promjera ili primjena složenijih opažačkih metoda. U mala tijela svrstavaju se asteroidi, kometi, meteoroidi i mikrometeoroidi. Razlikujemo ih najprije prema morfologiji (oblicima) i građi. Asteroidi su tijela stalnih prostornim dimenzija. Kometi su tijela s difuznom komom (atmosferom kometa), a u blizini Sunca i s repom. Svjetlost kome i repa nastaje raspršenjem Sunčeve svjetlosti i zračenjem atoma i molekula. Mala tijela ne razlikuju se samo oblikom već i po mjestu nastanka. Kometi su tijela nastala u hladnijim područjima Sunčevog sustava, a asteroidi u područjima s višim temperaturama. Iako granice nisu oštro definirane, meteoroidima nazivamo tijela u međuplanetnom prostoru promjera između 10 μm do 1 m. Skupinu meteoroida promjera između 10 μm i 2 mm nazivamo mikrometeoroidima. Tijela promjera većih od 1 m bit će asteroidi.

Pojedinačni asteroidi razlikuju se prema odraznim spektrima, integralnoj boji i albedu (svjetlini) koji nam daju uvid u sastav površinskog materijala tijela. Klasifikacija na temelju spektara ima tri glavne kategorije: C-tip za tamne, ugljične objekte (75 % asteroida), S-tip su kameni (silicijevi) objekti (17 % asteroida) te X-tip, koji uključuje uglavnom metalne asteroide (8 % asteroida). Zanimljivo je da razlike u površinskom sloju ovise o udaljenosti od Sunca što se pripisuje sniženju temperature s udaljenosti.

Od ukupno milijun otkrivenih malih tijela, do sada je numerirano njih 550 000, što znači da su parametri njihovih orbita precizno određeni. 96 % svih malih tijela nalazi se u glavnom asteroidnom pojasu, u orbitama između Marsa i Jupitera. Ukupna masa svih asteroida glavnog asteroidnog pojasa iznosi 4 % Mjesečeve mase. Od toga Cerera, najveće malo tijelo glavnog asteroidnog pojasa promjera 940 km, odnosi 1/3 njihove ukupne mase.

Približno 4000 otkrivenih malih tijela nalazi se u vanjskom dijelu Sunčevog sustava. Među njih se ubrajaju svi objekti s eliptičnim stazama čije su velike poluosi veće od 6 astronomskih jedinica, a uključuju i tijela iza Neptunove orbite, tzv. tijela Kuiperovog pojasa. U Kuiperovom pojasu procjenjuje se da postoji približno 70 000 tijela promjera većih od 100 km. Cijeli Sunčev sustav okružen je Oortovim oblakom, materijalom preostalog iz vremena nastanka Sunčevog sustava. Na njega, kao na glavnog izvora kometa, kasnih 1950-ih godina ukazao je nizozemski astronom Jan Hendrik Oort. Danas znamo da se Oortov oblak proteže do udaljenosti od približno 300 do 200 000 astronomskih jedinica, odnosno 3,2 godine svjetlosti.

Planetezimali – prvi kruti objekti u Sunčevoj okolini promjera većeg od 1 km koje veže i oblikuje gravitacija, nastali su prije 4,6 milijardi godina. Planeti bijahu područja koja su narasla od planetezimala, svaki na svojoj orbiti, sve dok nije zbog gravitacijskog međudjelovanja s Jupiterom (orbitalnih rezonancija) iz Sunčevog sustava izbačeno više od 99 % svih planetezimala asteroidnog pojasa.

Najveći asteroidi bili su rastaljeni, zbog čega su metalni elementi tonuli prema jezgri, , ostavljajući stjenovite minerale u kori (diferencijacija).

Za razliku od planeta čiji se kugle već i manjim teleskopom vide, asteroidi nalikuju točkastim objektima koji se gibaju u odnosu na zvjezdanu pozadinu.  Prvi asteroid Cereru otkrio je  1801. Giuseppe Piazzi. Prethodno je izradio katalog s vrlo točnim položajima 7646 zvijezda što mu je pomoglo da prati prividno gibanje asteroida u odnosu na zvjezdano nebo. Cereru danas klasificiramo kao patuljasti planet.

Jedan od najpoznatijih otkrivača asteroida vizualnom metodom bio je austrijski astronom Johann Palisa, koji je od 1872. do 1890. godine djelovao na Mornaričkoj zvjezdarnici u Puli (slika 1). Refraktorskim teleskopom 1874. godine otkrio je svoj prvi asteroid kojega je imenovao Austrija. Tim je otkrićem Austro-Ugarska ušla u krug država koje sudjeluju u otkrivanju asteroida te mu je za to postignuće Car Franjo Josip Iosobno dodijelio orden. Do 1880. godine iz Pule otkriva 28 asteroida od kojih neki nose nazive vezane za Istru i Hrvatsku.

Slika 1. Mornarička zvjezdarnica u Puli na brdu Monte Zaro. 1944. godine, tijekom bombardiranja Pule, anglo-američko zrakoplovstvo razorilo je zgradu. Djelomično je sačuvano samo sjeveroistočno krilo zvjezdarnice koje postoji i danas. U njemu od 1973. djeluje Astronomsko društvo Istra, s temeljnim zadaćama popularizacije astronomije i brige o pulskoj Zvjezdarnici kao kulturno-povijesnom nasljeđu grada Pule. (Izvor: Arhivska snimka, Astronomsko društvo Istra)

Otkrivanje malih tijela unaprijedio je 1891. godine Max Wolf uvođenjem fotografije. Na fotografskim pločama s dugim ekspozicijama, mala tijela je prepoznavao kao tragove nastale uslijed njihovih vlastitih gibanja u odnosu prema nepomičnoj zvjezdanoj pozadini. Današnje metode otkrivanja malih tijela još uvijek se temelje na potrazi za objektima koja se gibaju u odnosu na zvjezdanu pozadinu u razdoblju od nekoliko sati ili dana, no uz današnje osjetljive instrumente, vremena osvjetljavanja su skraćena i broj otkrića znatno povećan. Naime, početkom 21. stoljeća, razvojem optičkog CCD senzora, fotografske ploče i filmove zamijenile su moderne niskošumne kamere s hlađenim CCD detektorima, pristup i operacija teleskopima unaprijeđeni su, a obrada podataka ubrzana naprednim računalnim metodama.

Sva opažanja prikupljaju se u Centru za mala tijela (engl. Minor Planet Center, MPC). Ovo tijelo djeluje pod pokroviteljstvom Međunarodnog astronomskog saveza pri Astrofizičkom opservatoriju Smithsonian, i smješteno je u Centru za astrofiziku Harvard u Cambridgeu, Massachusetts, Sjedinjene Američke Države. MPC je osnovan 1947. godine i odgovoran je za katalogiziranje malih tijela, proračunavanje njihovih orbita i izvještavanja javnosti.

Među najproduktivnijim zvjezdarnicama svijeta svih vremena, u otkrivanju i praćenju malih tijela ističe se istarska Zvjezdarnica Višnjan. U razdoblju od 1995. do 2001. godine, iz Višnjana je pod vodstvom Korada Korlevića otkriveno 1749 asteroida. Iako je Zvjezdarnica Višnjan trenutno najaktivnija u popularizacijskim i edukacijskim projektima u okviru Znanstveno edukacijskog centra Višnjan, krajem 2017. godine počeo je djelovati 1-m f/2,9 teleskop na novoj Zvjezdarnici Tičan (slika 2), tri kilometra istočno od Višnjana.

Slika 2. Zvjezdarnica Tičan s 1-m f/2.9 teleskopom kao glavnim instrumentom, puštenim u pogon 2017. godine (Izvor: Zvjezdarnica Tičan)

Nakon što se malo tijelo kataloški numerira, otkrivač ima pravo predlagati nazive za svoja otkrića. O nazivu odlučuje povjerenstvo za imenovanje malih tijela koje djeluje u sklopu Centra za mala tijela. Mala tijela koja nose hrvatska imena otkrivana su uglavnom iz Zvjezdarnice Višnjan, te Austro-Ugarske Mornaričke zvjezdarnice u Puli (tablica 1).

Kometi 183P/Korlević-Jurić i 203P/Korlević najprije su katalogizirani kao asteroidi 1999 DN3 i 1999 WJ7. Tek naknadnim opažanjima detektirane su im kome i repovi, te je utvrđeno da se radi o kometima slabe aktivnosti. Oba kometa spadaju u skupinu kratko periodičnih kometa Jupiterove obitelji.

Veličine malih tijela Sunčevog sustava, uz pretpostavljenu svjetlinu njihovih površina, najčešće se procjenjuju na temelju fotometrijskih mjerenja (mjerenje sjaja). Iz periodične promjene sjaja određuju se periodi rotacija malih tijela i približan oblik. Za precizno određivanje promjera i oblika malih tijela, često se primjenjuje i metoda zvjezdanih okultacija. Okultacije su kratkotrajni događaji u kojima malo tijelo prekrije zvijezdu. Postavljanjem nekoliko opažača uzduž sjene koju baca asteroid na površinu Zemlje, te mjerenjem trajanja zvjezdane okultacije, one nam omogućuju iscrtavanje obrisa malog tijela s razlučivostima do nekoliko kilometara, što je za nekoliko redova veličine bolje od bilo koje druge metode. Tako je npr. obrađen asteroid Zagreb.

Danas bitno doprinose svemirske misije. Njima je u bliskim preletima do sada posjećeno 16 asteroida i 8 kometa, 4 letjelice spustile su se na mala tijela, a uzorke s asteroida 25143 Itokawa i 162173 Ryugu donijele su na Zemlju Japanske letjelice Hayabusa i Hayabusa 2.  

Misija New Horizons stigla je do sada najudaljenijih tijela – do patuljastog planeta Plutona i njegovih pet prirodnih satelita 2006. godine, te do kontaktniog dvojnog transneptunskiog objekta 486958 Arrokoth u Kuiperovom pojasu 2019. godine. Planirane su i druge misije prema malim tijelima. Svemirska letjelica „Lucy“, lansirana 16. listopada 2021. godine, bit će prva letjelica koja će tijekom dvanaest godina istražiti asteroidnu skupinu Jupiterovih Grka i Trojanaca.

Udari malih tijela na Zemlju dovela su u geološkoj prošlosti do velikih razaranja. Prije oko 65 milijuna godina asteroid promjera 10 km padom na poluotok Yucatan uzrokovao je izumiranje 75 % živih vrsta na Zemlji. Udari su i dalje vjerojatni. Udar asteroida od jednog kilometra doveo bi do razaranja na području cijelog kontinenta. To je jedan od razloga zašto se mala tijela danas opažaju s većim i najvećim teleskopima. Dogovoreno je da se sva tijela veća od 130 m koja se Zemlji približavaju na manje od 0,05 astronomskih jedinica (20 puta dalje od Mjeseca) svrstaju u skupinu potencijalno opasnih asteroida (Potentially Hazardous Asteroid, PHA). Ta skupina trenutno broji oko 2300 tijela, od kojih su 160 tijela promjera većih od 1 km. Zbog male mase tijela, orbite su im podložne promjenama pod utjecajem gravitacije planeta. Stoga se nastavlja praćenje poznatih asteroida, što je i danas važna aktivnost na zvjezdarnici u Tičanu.  

Učestalost padova asteroida na Zemlju ovisi o njihovoj veličini. Asteroidi promjera 10 km udaraju u prosijeku jednom u 100 milijuna godina, dok tijela promjera 3-5 m udaraju jednom godišnje. Do danas, samo su četiri asteroida otkrivena prije udara. Prvi slučaj dogodio se 2008 godine. Asteroid 2008 TC3 otkriven je teleskopom zrcala promjera 1,5 m iz Arizone samo 21 sat prije udara. Tijelo mase 80 t i promjera 4,1 m uletjelo je  je u Zemljinu atmosferu brzinom od 12,4 km/s i raspalo se na visini od 37 km uz oslobođenu energiju ekvivalentnu 1 kilotona TNT-a. Zanimljiv je podatak da je 80 % svih opažanja potrebnih za predviđanje lokacije i vremena udara prikupljeno od astronoma amatera, što pokazuje važnost uloge koju danas imaju amateri u praćenju potencijalno opasnih asteroida. Među njima, hrvatski astronomi sa Španjolske zvjezdarnice na La Sagri snimili su posljednju snimku asteroida 2008 TC3 prije ulaska u Zemljinu sjenu (slika 3).

Slika 3. Prolaz asteroida 2008 TC3 kroz Zemljinu polusjenu, s ulaskom u sjenu. Snimljeno zrcalnim teleskopom promjera objektiva 0,45-m f/2,8 sa zvjezdarnice La Sagra, Španjolska. Ekspozicija od 6 min počela je 07.10.2008. u 01:45:23 UT dok se asteroid nalazio na udaljenosti od 29600 km. Smjer gibanja bio je od zapada (desno) prema istoku (lijevo). Snimka: Aleksandar i Stefan Cikota

Zbog male naseljenosti područja udara – u Nubijskoj pustinji u Sudanu – nije poznato je li bilo očevidaca, no izgaranje u atmosferi praćeno je u infracrvenom području meteorološkog satelita „Meteosat 8“, vizualno od pilota na letu KLM-592, te mrežom infrazvučnih stanica na tlu. U ekspediciji organiziranoj nakon udara prikupljeno je preko 600 dijelova meteorita ukupne mase 10,5 kg.

Zanimljiv je podatak da na Zemlju dnevno padne oko 80 tona materijala iz svemira. Radi se uglavnom o svemirskoj prašini – česticama promjera manjih od 0,1 mm. Takve čestice u Zemljinu atmosferu ulijeću bez izgaranja i mjesecima lebde u atmosferi padajući na tlo. Veće čestice (meteoroidi) sagorijevaju u Zemljinoj atmosferi ostavljajući bljeskovite svjetlosne tragove (meteore). Hrvatska posjeduje jednu od svjetski najraširenijih meteorskih mreža koje prikupljaju podatke o meteorskim orbitama. Projekt Hrvatske meteorske mreže, koju je 2007. godine započeo Damir Šegon s Mornaričke zvjezdarnica u Puli, danas se proširio u Globalnu meteorsku mrežu s preko 200 meteorskih stanica u preko 20 država. Male automatske kamere „riblje oko“ povezane s kompjutorom, noću snimaju svijetle tragove koji su isprekidani sa stalnom učestalošću tako da ne prepoznaju samo smjer meteora, već i njegovu brzinu. Podaci se dobivaju triangulacijom s više položaja. Tridesetak kamers postavljeno je u Hrvatskoj u školama, astronomskim društvima i na kućama amatera.

Jedan od istaknutih rezultata rada Hrvatske meteorske mreže je snimka vatrene kugle nad sjevernom Hrvatskom 4. veljače 2011. godine, te pronalazak samo jednog njegovog fragmenta koji je pao u blizini Križevaca, mase 292 grama (poznat pod nazivom „Križevački meteorit“).

Za razliku od drugih prirodnih katastrofa koje ne možemo spriječiti (potresi, tsunami, vulkani, uragani itd.), udari asteroida su jedina prirodna katastrofa koju možemo predvidjeti i od koje bismo se mogli efikasno obraniti. Do sada su znanstveno razrađene različite ideje o skretanju asteroida. Većina ideja se temelji na laganom, ali dugoročnom utjecanju na njihove orbite. Uključene su metode laserskih topova, kinetičkih udarača, detonacija nuklearnih projektila u njihovoj blizini, gravitacijskog traktora – koji bi ih odvlačio, a razmatra se i to da se na njih postavi raketni pogon ili solarno jedro – kojega odgurava Sunčev vjetar. 24. studenog 2021. godine lansirana je NASA-ina misija DART (Double Asteroid Redirect Test), čiji je cilj prvi put demonstrirati i istražiti mogućnosti skretanja asteroida pomoću kinetičkog impaktora. Eksperiment će se provesti na dvojnom sustavu asteroida 65803 Didymos i njegovog prirodnog satelita Dimorphos. Ispucavanje kinetičkog impaktora u Dimorphos predviđeno je za kraj rujna 2022. godine.

Stefan Cikota, mag. phys., asistent na Fakultetu elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu

Prof. dr. sc. Vladis Vujnović, u mirovini, s Odsjeka za geofiziku Prirodoslovno Matematičkog Fakulteta Sveučilišta u Zagrebu