Dwa z Wielkich Obserwatorium NASA, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i Kosmiczny Teleskop Hubble’a, uchwyciły widoki unikalnego eksperymentu NASA zaprojektowanego w celu celowego rozbicia statku kosmicznego w małą asteroidę podczas pierwszego na świecie kosmicznego testu obrony planetarnej. Te obserwacje uderzenia w test Double Asteroid Redirection Test (DART) NASA są pierwszym przypadkiem, w którym Webb i Hubble jednocześnie zaobserwowali ten sam cel na niebie.
26 września 2022 r. o 19:14 czasu wschodniego, DART celowo zderzył się z Dimorphos, księżycową planetoidą w układzie podwójnych asteroid Didymos. Był to pierwszy na świecie test techniki łagodzenia uderzeń kinetycznych, wykorzystujący statek kosmiczny do odchylania asteroidy, która nie stanowi zagrożenia dla Ziemi, i modyfikowania orbity obiektu. DART to test do obrony Ziemi przed potencjalnymi zagrożeniami asteroidami lub kometami.
Skoordynowane obserwacje Hubble’a i Webba są czymś więcej niż tylko operacyjnym kamieniem milowym dla każdego teleskopu – istnieją również kluczowe pytania naukowe dotyczące budowy i historii naszego Układu Słonecznego, które naukowcy mogą zbadać, łącząc możliwości tych obserwatoriów.
„Webb i Hubble pokazują to, o czym zawsze wiedzieliśmy, że jest prawdą w NASA: uczymy się więcej, gdy pracujemy razem” – powiedział administrator NASA Bill Nelson. „Po raz pierwszy Webb i Hubble jednocześnie wykonali zdjęcia tego samego celu w kosmosie: asteroidy, na którą uderzył statek kosmiczny po przebyciu siedmiu milionów mil. Cała ludzkość z niecierpliwością czeka na odkrycia pochodzące od Webba, Hubble’a i nasze teleskopy naziemne — o misji DART i nie tylko”.
Obserwacje Webba i Hubble’a razem pozwolą naukowcom zdobyć wiedzę na temat natury powierzchni Dimorphos, ile materiału zostało wyrzucone przez zderzenie i jak szybko zostało wyrzucone. Dodatkowo Webb i Hubble uchwyciły uderzenie w różnych długościach fal światła – Webb w podczerwieni i Hubble w widzialnym. Obserwacja zderzenia w szerokim zakresie długości fal ujawni rozkład rozmiarów cząstek w rozszerzającej się chmurze pyłu, pomagając określić, czy wyrzuciła ona wiele dużych kawałków, czy głównie drobny pył. Połączenie tych informacji z naziemnymi obserwacjami przez teleskop pomoże naukowcom zrozumieć, jak skutecznie uderzenie kinetyczne może modyfikować orbitę asteroidy.
Webb rejestruje miejsce uderzenia przed i po zderzeniu
Webb wykonał jedną obserwację miejsca uderzenia przed zderzeniem, a następnie kilka obserwacji w ciągu następnych kilku godzin. Obrazy z kamery bliskiej podczerwieni Webba (NIRCam) pokazują ciasny, zwarty rdzeń, z pióropuszami materiału pojawiającymi się jako smugi odchodzące od środka miejsca uderzenia.
Obserwacja uderzenia za pomocą Webba postawiła zespoły operacyjne, planowania i naukowego przed wyjątkowymi wyzwaniami, ze względu na prędkość poruszania się asteroidy po niebie. Gdy DART zbliżył się do celu, zespoły wykonały dodatkowe prace w tygodniach poprzedzających uderzenie, aby umożliwić i przetestować metodę śledzenia asteroid poruszających się ponad trzy razy szybciej niż pierwotne ograniczenie prędkości ustalone dla Webba.
„Nie mam nic poza ogromnym podziwem dla ludzi z Webb Mission Operations, którzy to urzeczywistnili” – powiedziała główna badaczka Cristina Thomas z Northern Arizona University w Flagstaff w Arizonie. „Planowaliśmy te obserwacje od lat, a potem szczegółowo od tygodni i bardzo się cieszę, że udało się to osiągnąć”.
Naukowcy planują również obserwację układu asteroid w nadchodzących miesiącach za pomocą instrumentu Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI) i Webb’s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). Dane spektroskopowe zapewnią naukowcom wgląd w skład chemiczny asteroidy.
Webb obserwował wpływ w sumie przez pięć godzin i wykonał 10 zdjęć. Dane zostały zebrane w ramach programu Webb’s Cycle 1 Guaranteed Time Observation Program 1245 prowadzonego przez Heidi Hammel z Association of Universities for Research in Astronomy (AURA).
Obrazy Hubble’a pokazują ruch Ejecta po uderzeniu
Hubble zarejestrował również obserwacje układu podwójnego przed uderzeniem, a następnie ponownie 15 minut po tym, jak DART uderzył w powierzchnię Dimorphos. Obrazy z kamery szerokokątnej 3 Hubble’a pokazują wpływ w świetle widzialnym. Wyrzucone z uderzenia wyglądają jak promienie wychodzące z ciała asteroidy. Odważniejszy, rozłożony kolec wyrzutu na lewo od asteroidy znajduje się w ogólnym kierunku, z którego zbliża się DART.
Niektóre promienie wydają się być lekko zakrzywione, ale astronomowie muszą przyjrzeć się bliżej, aby ustalić, co to może oznaczać. Na zdjęciach z Hubble’a astronomowie szacują, że jasność systemu wzrosła trzykrotnie po uderzeniu i zauważyli, że jasność utrzymuje się na stałym poziomie, nawet osiem godzin po uderzeniu.
Hubble planuje monitorować system Didymos-Dimorphos jeszcze 10 razy w ciągu najbliższych trzech tygodni. Te regularne, stosunkowo długoterminowe obserwacje, gdy wyrzucana chmura rozszerza się i zanika w czasie, nakreślą pełniejszy obraz rozszerzania się chmury od wyrzutu do jego zniknięcia.
„Kiedy zobaczyłem dane, dosłownie zaniemówiłem, oszołomiony niesamowitymi szczegółami wyrzutu, które uchwycił Hubble” – powiedział Jian-Yang Li z Planetary Science Institute w Tucson w Arizonie, który kierował obserwacjami Hubble’a. „Czuję się szczęśliwy, że mogę być świadkiem tego momentu i być częścią zespołu, który to sprawił”.
Hubble wykonał 45 zdjęć w czasie bezpośrednio przed i po wpływie DART na Dimorphos. Dane Hubble’a zostały zebrane w ramach Programu Obserwatorów Ogólnych Cyklu 29 16674.
„To bezprecedensowy obraz bezprecedensowego wydarzenia” – podsumował Andy Rivkin, kierownik zespołu badawczego DART z Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Laurel w stanie Maryland.