Snimanje asteroida Juno i procjena njegovih osnovnih orbitalnih parametara

Nije potrebno izgledati kao Ben Affleck da se spasi Zemlja od asteroida.

U noći 05. 07. 2017. Džan  Jašarević i ja smo snimili kretanje jednog asteroida, osnovne elemente putanje u datom trenutku (koordinate i brzinu) i njegovu magnitudu. Radi se o asteroidu Juno (Junona). Snimano je sa rejona Stupa.

Šta su asteroidi?

U jednom od prethodnih tekstova dat je nešto detaljniji opis asteroida. Asteroidi ili planetoidi su mala čvrsta tijela u planetarnim sistemima. U poređenju s planetama mnogo su manji i najčešće nepravilnog oblika. Nastali su od ostataka protoplanetarne tvari koja se nije pripojila planetama za vrijeme formiranja sistema iz protoplanetarnog diska. Najčešće kruže oko matične zvijezde vlastitom putanjom ili kao prirodni sateliti (mjeseci) većih planeta. Neke od njih nalazimo vezane gravitacijskim silama uz planete, u grupama koje orbitiraju u putanji planeta, ispred ili iza.

Većina planetoida obilazi Sunce u glavnom planetoidnom pojasu (asteroidni pojas) između Marsa i Jupitera, dio prilazi Suncu bliže od Marsa (Amori) i Zemlje (Apoloni) i nazivaju se Zemlji bliski asteroidi, dio se kreće u putanji Jupitera ili drugih planeta (Trojanci).

Iako se donedavno mislilo drukčije, otkriveno je da asteroidi mogu imati vlastite mjesece kada je u orbiti oko asteroida 243 Ida pronađen satelit nazvan Dactyl. Do sada ih je otkriveno blizu 170 000, a oko 11 000 ih je dobilo službena imena – redni broj i ime. Procjenjuje se da bi ih u našem sistemu moglo biti nekoliko miliona.

Prema spektralnoj analizi odrazne svjetlosti planetoidi se mogu podijeliti na ugljične (C), kojih je oko 75% i sadrže tamne ugljikove spojeve, metalne (M), kojih je oko 8%, i silikatne (S), kojih je oko 17%.  Teleskopom se ni najvećemu planetoidu ne vidi tijelo, pa im se promjeri mjere posredno, prilikom okultacija zvijezda ili iz sjaja uz procijenjeni albedo. Pomoću svemirskih letjelica snimljeni su 433 Eros951 Gaspra243 Ida25143 Itokawa253 Mathilde i drugi. Trans-neptunski objekti ili nebeska tijela koja su dalja od Neptuna obično se ne smatraju planetoidima.

Prema tome, asteroidi ili planetoidi su hladna nebeska tijela koja prebivaju pretežno u području od 2.2 do 3.5 AJ. Izvan tog asteroidnog pojasa ili prstena nalazi se samo nekoliko postotaka asteroida. Kretanje planetoida je bez iznimke direktno. Izduženost staza i nagib prema ekliptici veći su nego u planeta. Prosječan numerički ekscentricitet iznosi 0.15, a najveća većina planetoida nema ekscentricitet veći od 0.3. Krajnja vrijednost je 0.88. U pravilu veće ekscentricitete staza imaju planetoidi manjih masa. Prosječna inklinacija staza manja je od 10°, a za većinu planetoida manja od 16°. To znači da staze planetoida nisu tako stiješnjene uz ravninu ekliptike kao staze planeta, ali nisu ni jako rasute, posebno ako se uzme u obzir da se staze planetoida lakše mijenjaju. Veliki planeti u stanju su da ih jako poremete. Planetoidi su generalno nebeska tijela manja od 1 000 kilometara. Petnaestak ih ima u promjeru više od 250 km.

Ranije smo pisali o opasnostima od asteroida za čovječanstvo. Juno ne predstavlja opasnost, ali tijelo ove veličine bi prilikom udara u Zemlju vjerovatno uništilo sav život na Zemlji.

Osobine asteroida Juno

Juno (oznaka 3 Juno u katalogu Minor Planet Centra) je asteroid u asteroidnom pojasu. Juno je treći otkriveni asteroid, otkriven 1. septembra 1804. od strane njemačkog astronoma Karl L. Hardinga. To je 11. najveći asteroid, i jedan od dva najveća kamena (S-tipa) asteroida, zajedno s asteroidom 15 Eunomia. Procjenjuje se da sadrži 1% ukupne mase asteroidnog pojasa.

asteroide-junonUmjetnički doživljaj izgleda asteroida Juno (David A. Aguilar, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics). S prednje strane se vidi veliki udarni krater (prečnika oko 100 km)

Juno je dobio ime po mitološkoj rimskoj božici ljubavi Junoni (lat. Juno), Jupiterovoj ženi.

Juno-JupiterJuno i Jupiter (Gavin Hamilton, Collection of the Earl of Leicester, Holkham Hall, Norfolk)

Kada je otkriven Juno se u početku smatrao planetom, ali je reklasificiran kao asteroid i manji planet tijekom 1850-ih.

Juno_4_wavelengths.jpgAsteroid Juno viđen kroz četiri talasne dužine (Hooker telescope, 2003)

Juno boravi u glavnom asteroidnom pojasu gdje je, s promjerom od oko 234 km, jedan od najvećih asteroida. Juno je ujedno i glavni asteroid asteroidne obitelji Juno. Orbitalni period mu je 4,36 godina. Juno je asteroid S-tipa, što znači da mu je albedo visok, te da je sastavljen od nikla, s primjesama željeza i manezijevih silikata.

Među asteroidima tipa S, Juno je neobično reflektirajući (ima visok albedo) pa za ovako malo tijelo, ima dosta visoku prividnu magnitudu. Juno može doseći magnitudu +7,5 u povoljnoj opoziciji, kada je svjetliji od Neptuna ili Titana, i to je razlog što je otkriven prije većih asteroida Hygiea, Europa, Davida i Interamnia.

sdgvsKomparacija veličine: prvih 10 otkrivenih asteroida, u poređenju sa našim Mjesecom. Asteroid Juno je treći s lijeva. 

Juno kruži oko Sunca na nešto manjoj srednjoj udaljenosti nego Ceres ili Pallas. Orbita mu je umjereno nagnuta (oko 12° u odnosu na ekliptiku), ali ima ekscentricitet veći i od Plutona. Ova visoka ekscentričnost putanje dovodi Juno bliže Suncu u perihelu od Veste i dalje u afelu od Ceresa. Juno je imao najekscentričniju orbitu od bilo kojeg poznatog tijela sve dok nije 1854. godine otkrivena Polyhymnia.

sdfNeke karakteristike asteroida Juno

Juno rotira u istom smjeru kao i većina nebeskih planeta oko Sunca sa aksijalnim nagibom od približno 50°. Najveća izmjerena temperatura na površini, okrenuta prema Suncu, bila je oko 293K (izmjerena 2. oktobra 2001. godine).

Spektroskopske snimke površine Juno-a sugeriraju da je Juno po sastavu srodan hondritima, vrsti kamenih meteorita građenih od silikata bogatih željezom, kao što su olivin i piroksen.

Video snimak asteroida Juno koji je napravila ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)

Oprema 

Korištena je slijedeća oprema za snimanje asteroida Juno:

– Montaža: NEQ-6 PRO, GoTo
– Glavni teleskop : Refraktor 120/900 SW BD APO + 9×50 finder (vođenje)
– Kamera za vođenje: ALCCD5 color (QHY 5-IIL)
– Glavna kamera za snimanje: Canon 1100D mod (mod by Alan Catovic)
–  Light polution supression filter CCD Clip-on za Canon (Astronomik)
Field Flattener Focal Reducer 0.85x za 120mm APO SW i bajonet adapter M48 za Canon za FF FR (field flattener, focal reducer)
– Laptop
– Ostala periferija i kablovi

Softveri

Korišteni su slijedeći softveri za snimanje, kalibraciju, obradu i analizu podataka:

– Cartes du Ciel (zvjezdana karta),  Besplatan program
EQMOD (veza postolja teleskopa sa softverom/laptopom), Besplatan program
– EOS Utility (ili Backyard EOS) – kontrola dslr aparata, EOS Utility je besplatan, a komercijalni program Backyard EOS za Canon (kojeg preporučujemo) košta 35$
Nebulosity (kalibriranje i neutralizacija snimaka), komercijalni program, cijena: 80$
Astrometrica (obrada podataka), shareware program, 100 dana slobodnog korištenja (cijena registracije: 25 EUR)

Clipboard04Screenshot programa Astrometrica

Tvorci programa Astrometrica na oficijelnoj web stranici kažu za njega slijedeće:

“Astrometrica is a interactive software tool for scientific grade astrometric data reduction of CCD images, focusing on measurements of the minor bodies of the solar system (asteroids, comets and dwarf planets). The current version for the Windows 32bit operating system family is the successor of a DOS based software that was used for astrometric data reduction of photographic films (1990), and later CCDs (1993). Features of the current version include:

  • Reads FITS (8, 16 and 32 bit integer files) and SBIG image files. The size of the images is only limited by the available memory.
  • Automatic image calibration (Dark Frame and Flat Field correction).
  • Blinking with automatic image alignment.
  • Zoom and ‘Magnifying Glass’ for closeup image inspection.
  • Automatic reference star identification.
  • Automatic moving object detection and identification.
  • ‘Track and Stack’ function to follow fast or very faint moving objects.
  • Access to the complete MPC database of orbital elements (MPCOrb).
  • Access to new-generation star catalogs (PPMXL, URAT 1, UCAC 4, and CMC-15).
  • Includes Internet access (Send e-mail to the MPC, download the MPCOrb databse or query reference star catalogs at VizieR).
  • Online help system and tutorials.”

Postupak snimanja i obrade podataka

Postupak snimanja putanje asteroida Juno sastojao se iz nekoliko faza.

Najprije je izvršeno  povezivanje postolja teleskopa (NEQ6) sa laptopom, koristeći softver EQMOD. Nekad ima dosta posla oko spajanja laptopa sa postoljem pitem EQMOD radi drajvera i raznih podešavanja, ali vrijedi se pomučiti oko EQMOD-a jer ima mnogo korisnih opcija (vođenje, snimanje mozaika, pretraživanje sistematsko, itd). A za precizno lociranje objekata kao što su asteroidi, EQMOD je praktično neophodan.

Poslije toga Cartes du Ciel program je kalibriran sa nekoliko zvjezda kako bi mogao voditi teleskop do željene lokacije na nebu (sa velikom tačnošću). Lociranje asteroida Juno urađeno je uz pomoć novog (osvježenog) kataloga asteroida koji se downloaduje upravo u softveru Cartes du Ciel.

Nakon toga su snimljeni light frejmovi (u našem slučaju snimljeno je 20 snimaka, pri čemu je između svake slike prošlo 5 minuta). Ekspozicija je u našem slučaju bila 60s, a ISO 1600 jer je korišten CCD Clip-On filter za Canon dslr. Poslije snimanja urađeni su kalibracijski frejmovi (dark, bias i flat). Oni su, zajedno sa sirovim light frejmovima kalibrirani i normalizirani u programu Nebulosity (može i Pixinsight, ali je ovaj skuplji).

Prije analize u Astrometrici,  u programu Nebulosity se snimci pripreme (izbaci se boja iz slika) opcijom: Image->Discard Colour ili Batch->One Shot->Generic RAW to L) i  2×2 binning (Batch->Geometry ili Image->Bin) snimaka. Binning je važan zato što Astrometrica ima problem jer zvijezde zauzmu previše piksela, a na većini dslr aparata veličina piksela je dosta mala. Kod 1100D veličina piksela je 5,19 mikrometara.

Kod ubacivanja slika u Astrometricu (opcija Load Images), paziti da vrijeme snimanja bude u UTC formatu i da se odabere sredina ekspozicije. Paziti i na datum snimanja.

astrometrica1.jpgKalibrirani snimci (bez boje i binovani) ubačeni u Astrometricu i invertovani 

Početna podešavanja u Astrometrici su bitna. Treba znati precizno geografsku širinu i dužinu mjesta snimanja, i to sa tačnošću boljom od 1′ (1 lučni minut). Ovo se dobije GPS sistemom, preko Google Earth ili na neki drugi način.

lokacijaLokacija snimanja prikazana (Sarajevo, Stup) na dva načina (web aplikacija)

Podešavanja Astrometrice (Observing site, CCD i program) se upisuju tako da se referentne zvijezde iz kataloga što bolje poklapaju sa onim sa našeg snimka. Kada se poklope, onda te podatke upišemo pod Settings programa Astrometrica.

Zatim idemo na Astrometry->Data Reduction i tamo izaberemo asteroid koji snimamo (Juno). Nakon toga dobijemo slijedeću sliku i idemo na Manual Reference Star Match.

astrometrica3

Sad se mora raditi ručno podešavanje slike (fokus, ugao kamere), da bi se referentne zvijezde poklopile sa onim na slici (kao što je prikazano na sl. dole). Korisna opcija je smanjiti magnitudu zvijezde kako bi ostale samo najveće i tada poravnati slike.

astrometrica4

Kao što je rečeno, ovi podaci za fokus i “position angle” se upisuju u Settings programa i potom se mogu automatski primjeniti na preostale snimke.

Sada tražimo poznate objekte i nadamo se da je asteroid koji tražimo tu. Idemo na Tools->Known Object Overlay. Uzimajući u obzir našu lokaciju, vrijeme, RA i Dec koordinate i dati snimak, položaj asteroida koji bi trebao biti na slici, na osnovu njegovih orbitalnih parametara, će se pokazati.

Dole su prikazani rezultati u Astrometrica programu. Vidljivo je da snimak 4 daje nešto lošije rezultate (nema puno referentnih zvijezda), ali ostale tri slike su dobre sa preklapanjem od ~0.21″. Kolega Stefan Cikota, poznati lovac na asteroide, se takođe slaže da su ovo dosta dobri rezultati.

Na lijevoj slici (sasvim dole) data je brzina tijela.

Slike se mogu poravnati naizmjenično mijenjanju na monitoru – računarska verzija fotografskog (“blink”) komparatora.  Tehnika blinkanja je ključna za detekciju asteroida i dosta zavisi od iskustva. Postoji, naime, dosta stvari koje mogu usporiti neiskusne. Tako vrući pikseli, slučajne detekcije kosmičkih zraka i mnoštvo drugih CCD artifakata često “oponašaju” asteroide. Iskusniji astronomi amateri znaju odmah kada je objekat u kadru komet a ne npr. neka blijeda galaksija. Dobro pravilo je da se uzmu tri ili više slika i blinkaju u različitim kombinacijama. Za ovo treba imati pravilne intervale između snimaka. Dosta je teško porediti slike blinkanjem ako je jedna slika snimljena npr. 20 minuta nakon prve, a treća slika sat vremena nakon druge. Još bolje je napraviti animiranu sliku kako bi se bolje vidjelo ima li nešto da “iskače” sa slike.

Kako bi se vizuelizirao asteroid, moguće je kreirati animaciju iz postojećih slika i vidjeti kretanje asteroida u odnosu na pozadinske zvijezde koje su statične na slici (prikazano dole).

3.gif

Kao izlaz iz programa dobija se i MPC (Minor Planet Center) dokument (slika dole) koji se može poslati MPC bazi podataka kako bi se preciznije znao položaj tijela. U dokumentu su date precizno vrijeme snimanja, koordinate tijela (Dec i RA) i njegova magnituda.

Clipboard01.jpg

Na osnovu parametara dobijenih u Astrometrici može se procjeniti putanja tijela u prostoru.
Astrometrica, na osnovu snimanja, daje podatke o trenutnoj brzini tijela (ugaono pomjeranja/min), njegovim koordinatama (Dec i RA) u datom vremenskom trenutku i magnitudi. To sve daje izlazni MPC dokument.
Uzastopnim snimanjem u dužem vremenskom periodu (nekoliko sedmica npr ili više) i povezivanjem koordinata koje smo dobili može se procjeniti 3D putanja tijela.

Slijedeći korak je otjrivanje novih asteroida. Usvojena je tehnika snimanja, ali nam je potrebna osjetljivija ccd astro kamera.

Preporuke za učenje

Preporučujemo slijedeću literaturu iz ove oblasti:

  • Centar malih planeta IAU je izdao izvrstan “Vodič za astrometriju manjih nebeskih tijela“, koji uključuje ogromnu količinu korisnih informacija za početnike i napredne promatrače.
  • Zanimljiv i koristan članak o “Lovu na asteroide“, kojeg je napisao Dennis diCicco (koji je otkrio preko 100 manjih nebeskih tijela pomoću “klasične” verzije Astrometrice), objavljen je u proljeće 1996. godine u izdanju “CCD Astronomy”.
  • Peter Birtwhistle ima mnoge korisnih savjeta za promatrače koji žele pratiti “Near Earth” asteroide na stranici njegove zvjezdarnice.
  • Kao nešto iscrpniji vodič za promatranje manjih nebeskih tijela (uključujući astrometriju i fotometriju), preporučuje se knjiga “Asteroidi i patuljasti planeti i kako ih promatrati” koje je napisao Roger Dymock.

Umjesto zaključka

Detekcija asteroida i snimanje već poznatih asteroida radi boljeg poznavanja njihovih orbitalnih parametara je važan zadatak. Možda u konačnici bude i presudan za čovječanstvo.

I ko zna, možda baš vi otkrijete asteroid koji se kreće prema Zemlji i tako spasite čovječanstvo. A možda kao Bruce Willis zaglavite na nekom od njih.

Reference

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/3_Juno
  2. http://www.minorplanetcenter.net/iau/info/Astrometry.html
  3. http://www.cademuir.eu/blog/2013/10/13/using-astrometrica-for-dslr-astrometry/
  4. http://www.skyandtelescope.com/observing/hunting-asteroids-from-your-backyard/
  5. http://www.birtwhistle.org/Methods.htm
  6. http://www.astronoo.com/en/juno.html
  7. http://www.minorplanetcenter.net/iau/mpc.html
  8. http://www.springer.com/gp/book/9781441964380
  9. https://alancatovic.wordpress.com/2017/07/06/snimanje-asteroida/
  10. http://www.astrometrica.at/default.html?/download.html
  11. http://www.astrometrica.at/Papers/PointSources.pdf
  12. http://www.astrometrica.at/Papers/Astrometrica-Settings.pdf
  13. http://www.astrometrica.at/Papers/StarCat.pdf
  14. https://theskylive.com/juno-info
  15. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/asteroidfact.html
  16. https://in-the-sky.org/data/object.php?id=A3
  17. http://nitarp.ipac.caltech.edu/system/media_files/binaries/84/original/Pereira.pdf?1363816350
Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s