Dwie dekady temu po dokładnej analizie tarczy Księżyca zrytej kraterami, nieżyjący już Eugene Shoemaker oszacował, że prawie 2000 planetoid liczących sobie co najmniej 1 kilometr średnicy ma szansę zderzyć się z Ziemią. Jakkolwiek takie kolizje zdarzają się rzadko, to ich skutki są katastrofalne dla życia na naszej planecie. Od tego czasu śledzeniem tych potencjalnie niebezpiecznych obiektów zajęły się małe zespoły astronomów. W ostatnim czasie narastało wśród nich przekonanie o tym, że szacunki Shoemakera dotyczące zagrożenia zderzeniem były zawyżone. Teraz pojawił się jednak także głos przeciwny.

Ostatnie obserwacje zmniejszyły szacunki dotyczące liczby planetoid o wielkości 1 kilometra znajdujących się w pobliżu Ziemi (ang. Near Earth Asteroids – NEA) poniżej 1000, a jeden z zespołów obserwacyjnych szacuje liczbę takich obiektów na co najwyżej 700.

Najnowsze symulacje opublikowane w wydaniu magazynu “Science” z 23 listopada szacują jednak liczebność populacji zabójczych planetoid do 1250. Autorem tego oszacowania jest Scott Stuart z MIT Lincoln Laboratory, który przeanalizował odkrycia, jakich dokonano w ciągu prawie trzech lat za pomocą teleskopu LINEAR znajdującego się niedaleko Socorro w stanie Nowy Meksyk.

Między marcem 1998 roku a lutym 2001 LINEAR obserwował prawie 500 tys. stopni kwadratowych nieba, odkrywając 657 planetoid krążących w pobliżu Ziemi. W tym samym czasie odkryto również ponad 110 tys. nowych obiektów krążących w głównym pasie planetoid. Stuart przeprowadził swoje symulacje, biorąc pod uwagę 606 takich obiektów okrytych podczas najlepszych nocy obserwacyjnych.

Przeprowadzone symulacje komputerowe miały na celu ustalenie możliwych charakterystyk orbitalnych planetoid krążących blisko Ziemi i określenie, które z nich mogłyby zostać odkryte w czasie obserwacji programu badawczego LINEAR (Lincoln Near-Earth Asteroid Research). Ponadto, statystyka dużej populacji planetoid o wielkości 1 kilometra w pobliżu Ziemi wskazuje na to, że wiele z tych obiektów krąży po orbitach o nachyleniu bliskim 23 stopni. Takie nachylenie jest cechą wspólną dla setek planetoid należących do “rodzin”: Phocaea i Hungaria wewnętrznej części pasa planetoid.

Z uwagi na to, że obserwacje LINEAR doprowadziły do odkrycia znacznie większej liczby obiektów krążących w pobliżu Ziemi niż inne takie przedsięwzięcia, specjaliści zajmujący się planetoidami najprawdopodobniej uznają wyniki uzyskane przez Stuarta za najbardziej wiarygodne – jeśli prowadzą do poważnych wniosków. Specjalista od dynamiki Alan Harris z Jet Propulsion Laboratory uważa dużą liczbę zabójczych planetoid za bardzo prawdopodobną, ponieważ wciąż odkrywa się dużą liczbę nowych obiektów krążących w pobliżu Ziemi. “Myślę, że to interesujace zajęcie” – komentuje William Bottke z Southwest Research Institute, który opracował teoretyczny model populacji obiektów w pobliżu Ziemi. Wyniki otrzymane przez Bottkego pokrywają się w większości w wynikami Stuarta, ale nie ujawniają zbyt wielu obiektów krążących po orbitach o dużym nachyleniu, co stanowi tu zasadniczą różnicę.

W roku 1992 finansowany przez NASA raport zawierał plan zakładający zlokalizowanie w ciągu dekady 90% wszystkich obiektów krążących w pobliżu Ziemi o rozmiarach rzędu kilometrów. Po powolnym starcie poszukiwania idą dziś pełną parą i mają już na koncie około 550 skatalogowanych obiektów, których orbity przecinają się z orbitą naszej planety. Jeśli jednak populacja takich obiektów jest liczniejsza niż 1000, jak sugeruje Stuart, to większość z nich wciąż czeka na odkrycie. Według jego prognoz osiągnięcie pułapu 90% może zająć programowi LINEAR kolejne 40 lat z powodu narastającego zniechęcenia w miarę upływu czasu. Harris uważa to za bardzo pesymistyczne spojrzenie, ale zgadza się, że łowcy planetoid mają przed sobą dekady obserwacji.

Głównym celem pracy Stuarta było oszacowanie całkowitej liczby planetoid bliskich Ziemi na podstawie próbki zaobserwowanej w ramach programu LINEAR. Aby mieć jednolity zestaw danych, Stuart na początku odrzucił obserwacje wykonane w kiepskich i zmiennych warunkach obserwacyjnych. Ostatecznie pozostało mu 412 nocy, podczas których odnotowano 606 różnych planetoid o orbitach bliskich orbicie Ziemi.

Kolejnym krokiem było wygenerowanie sztucznej próbki planetoid. Do ich charakterystyki Stuart wybrał czterowymiarową przestrzeń opisaną przez promień orbity a, mimośród e (stosunek różnicy długości najdłuższego i najkrótszego promienia elipsy do najdłuższego promienia), nachylenie orbity ciała do płaszczyzny ekliptyki i oraz jasność absolutną obiektu H. Przestrzeń ta została podzielona na 49200 komórek, a w każdej z nich wygenerowano 144 tysięcy. planetoid.

Znając orbity i jasności sztucznych planetoid przeanalizowano ich ruch w trakcie 3 lat obejmujących czas trwania projektu LINEAR. Znając ponadto zakres nieba obejmowany przez projekt i jasności najsłabszych obiektów, które był w stanie on zaobserwować, można było stwierdzić, które ze sztucznych planetoid zostałyby wykryte. Dzięki temu Stuart wyznaczył prawdopodobieństwo detekcji planetoidy scharakteryzowanej wielkościami (a,e,i,H).

Porównanie tych prawdopodobieństw z rzeczywistymi obserwacjami pozwoliło na oszacowanie liczby planetoid, które nie mogły zostać odkryte przez projekt LINEAR. Dało to w sumie dość jasne oszacowanie liczebności populacji planetoid potencjalnie zagrażających Ziemi.

Według Stuarta liczba takich obiektów o średnicy większej od 1 km wynosi około 1250. Jest to wielkość wyraźnie większa niż oszacowania otrzymywane na podstawie wcześniejszych, mniejszych przeglądów.

O ile rozkład mimośrodów i wielkich półosi planetoid ze sztucznej próbki Stuarta zgadza się z rozkładem obserwowanym w rzeczywistej próbce, to zupełnie inaczej jest z rozkładem nachyleń orbit do płaszczyzny ekliptyki. Pośród prawdziwych planetoid najwięcej jest obiektów o orbitach nachylonych od 0 do 15 stopni do płaszczyzny ruchu orbitalnego Ziemi. Obliczenia Stuarta wskazują jednak, że LINEAR miał problemy z odkrywaniem obiektów o nachyleniach z zakresu 20-30 stopni, a przez to w rzeczywistości powinno być ich o wiele więcej.

Autor

Marcin Marszałek