Поиски переходных комет: исследование астероидов с помощью Hubble и астролюбителей.

Введение

Поиск переходных комет с помощью Хаббла (Transition Comets—UV Search for OH Emissions in Asteroids) — исследование, в котором участвовали астрономы-любители и использовался космический телескоп Хаббла, одно из шести исследований с участием астрономов-любителей, одобренных НАСА. В первые годы проекта космического телескопа Хаббл (HST) НАСА и Конгресс проявляли интерес к поиску способов участия астрономов-любителей в исследованиях HST. Директор Института космических телескопов (STScI) Риккардо Джаккони решил выделить часть своего "директорского усмотрения" времени на любительские программы наблюдений. В декабре 1985 года лидеры семи национальных организаций астрономов-любителей встретились в STScI в Балтиморе, чтобы обсудить участие астрономов-любителей в проекте HST:

Джанет Маттей, Американская ассоциация наблюдателей за переменными звездами (AAVSO)
Джон Уэстфолл, Ассоциация лунных и планетарных наблюдателей (ALPO)
Джордж Эллис, Астрономическая лига
Джесси Эйхенлауб, Независимая группа космических исследований
Джеральд Перша, Международная любительская группа фотоэлектрической фотометрии (IAPPP)
Дэвид Данэм, Международная ассоциация времени оккультации (IOTA)
Стивен Эдберг, Западные астрономы-любители

Команда использовала космический телескоп Хаббл для проведения спектроскопического поиска излучения OH от пяти астероидов. Обнаружение излучения OH указывало бы на то, что астероиды когда-то были кометами. 944 Идальго и 2201 Ольято движутся по эллиптическим, похожим на кометные, орбитам. 182 Эльза, 224 Океана и 899 Джокасте являются астероидами главного пояса. Последние три наблюдались с комой (Kresak, 1977). Параллельно со спектроскопическим исследованием наземные визуальные наблюдения проводились 80 астрономами-любителями из 22 стран.

Любительская команда наблюдателей

В финальной команде насчитывалось более 70 основных наблюдателей. Наблюдатели находились в 24 штатах США и 22 разных странах.

Исследования и исследования

Ученые предполагают, что некоторые астероиды когда-то были кометами. Комета теряет часть своей массы при каждом прохождении около Солнца. Похоже, что некоторые из них в конечном итоге истощают все свои летучие вещества или, возможно, покрывают их слоем пыли после многократных проходов вокруг Солнца. Такой объект может тогда приобрести вид астероида. Астероид 944 Идальго наиболее часто упоминается как находящийся на орбите, подобной комете. Фактически, Кресак (1977) идентифицировал его как "ядро вымершей кометы". Кроме того, кометы, как правило, сближаются с Юпитером, в то время как астероиды – нет. Идальго приближается к Юпитеру на почти таком же расстоянии, как и три кометы: комета Энке, комета Арен-Риго и комета Ноймина I, все из которых демонстрируют низкий уровень активности, ожидаемый от комет перед их вымиранием. Орбитальный аппарат "Пионер-Венера" обнаружил возмущения магнитного поля, связанные с 2201 Ольято. Это может быть вызвано выделением газа H со скоростью примерно в 10−4 от скорости выделения у активной кометы. Возможная кометоподобная природа Ольято подтверждается его необычной УФ-отражательной способностью. Это интерпретируется как рассеяние Рэлея от облака мелких частиц вокруг него. 13 декабря 1923 года астроном Жозеп Комас Сола наблюдал астероид 224 Океана с комой. Астероид был сфотографирован со слабым гало, простирающимся на 30 угловых секунд. Звездная величина астероида была определена как 11,6, и при гелиоцентрическом расстоянии астероида в 167 миллионов миль, это делало кому около 24 000 миль в диаметре. Обнаружение летучих веществ на астероидах имело бы большое значение для будущих добытчиков полезных ископаемых в поясе астероидов. Летучие вещества могли бы обеспечить водой, топливом и кислородом для миссий. В исследовании 1993 года с участием астрономов-любителей и космического телескопа Хаббл, 944 Идальго и 2201 Ольято были изучены с помощью спектрографа слабых объектов космического телескопа Хаббл для поиска излучения OH на длине волны 3085 Å. Эти два астероида были выбраны из-за характера их орбит, их связи с метеорными потоками и других характеристик (см. Weissman et al. (1989) для полного обсуждения их кометоподобных особенностей). В качестве детектора использовался янтарный детектор в режиме накопления со спектральным элементом G270H. Этот элемент охватывает длины волн от 2325 до 3225 Å. Диафрагма составляла 1 угловую секунду. Астероиды 182 Эльза, 224 Океана и 899 Джокаста также были наблюдаемы с помощью спектрографа слабых объектов и с тем же спектральным элементом G270H. Руководители группы разместили объявления в любительских астрономических изданиях для привлечения наблюдателей-любителей, готовых наблюдать эти объекты в видимом спектре с Земли, в то время как HST проводил исследования в УФ-диапазоне. Наземным наблюдателям было предложено проверить наличие пылевой комы.

Scientists suspect that some asteroids were once comets. A comet loses part of its mass with each passage around the Sun. It would appear that some would eventually use all of their volatiles, or perhaps cover these under a blanket of dust after repeated passages around the Sun. Such an object might then have an asteroid appearance. The asteroid 944 Hidalgo is most frequently discussed as being in a comet like orbit. In fact, Kresak (1977) identified it as an "extinct comet nucleus". In addition, comets tend to approach Jupiter closely while asteroids do not. Hidalgo approaches Jupiter at nearly the same distance as 3 comets: Comet Encke, Comet Arend Rigaux, and Comet Neujmin I, all of which exhibit the low levels of activity expected of comets before they become extinct. The Pioneer Venus Orbiter detected magnetic field disturbances that are correlated with 2201 Oljato. This could be caused by an outgassing of H at a rate of about 10−4 that for an active comet. Oljato's possible comet like nature is supported by its unusual UV reflectance. It has been interpreted as Rayleigh scattering from a cloud of fine particles around it. On December 13, 1923, the astronomer Josep Comas Solá observed the asteroid 224 Oceana with a coma. The asteroid was photographed with a faint halo 30 arc seconds across. The asteroid's magnitude was determined to be 11.6, and at the asteroid's heliocentric distance of 167 million miles, this made the coma about 24,000 miles across. The existence of volatiles on asteroids would be of great significance to future miners of the asteroid belt. Volatiles could supply water, fuel and oxygen for missions. For the 1993 study involving amateur astronomers and the Hubble Space Telescope, 944 Hidalgo and 2201 Oljato were examined with the Hubble Space telescope's Faint Object Spectrograph for 3085 A emission of OH. These two asteroids were selected because of the nature of their orbits, their meteor shower associations, and their other characteristics (see Weissman et al. (1989) for a full discussion of their comet like features). The amber detector was used in the accumulation mode with spectral element G270H. This element covers wavelengths 2325 3225 A. The aperture was 1 arc second. The asteroids 182 Elsa, 224 Oceana, and 899 Jokaste were also observed with the Faint Object Spectrograph, and with the same spectral element G270H. The team leaders placed advertisements in amateur astronomy publications for amateur observers who would be willing to observe these objects in the visible spectrum from the ground, while the HST was making studies in the UV. The ground based observers were asked to check for evidence of a dust coma.

Результаты

Спектры для 944 Идальго и 2201 Ольято по существу идентичны солнечному спектру. Выбросов OH или других эмиссионных линий обнаружено не было. Наземные наблюдения этих двух объектов были ограничены несколькими CCD-изображениями области, в которой, по расчетам, должен был находиться 2201 Ольято. И 944 Идальго, и 2201 Ольято имели звездную величину около 19-й. Это выводило их за пределы возможностей большинства любительских телескопов. Ни один из трех других астероидов не показал признаков кометарной эмиссии, которую можно было бы ожидать от слабоактивного кометарного ядра. Это неудивительно, поскольку объекты находятся на стабильных орбитах в главном поясе. Наземные наблюдения за 182 Эльзой, 224 Океаной и 899 Джокасте проводились визуально, фотографически, с использованием VHS и CCD-оборудования. Во время наблюдений с HST звездная величина 224 Океаны составляла 12-ю. Звездная величина 182 Эльзы также была 12-й, а 899 Джокасте имела звездную величину 15-ю. Все визуальные наблюдения показали точечные изображения без признаков пылевой комы. Фотографические изображения подтвердили этот результат. Ряд наблюдателей смогли получить CCD-изображения, чтобы достичь более слабых звездных величин. С помощью этого метода два наблюдателя сообщили о признаках возможного короткого хвоста у астероида 899 Джокасте, который проявился при звездной величине около 17-й. Изучение близлежащих звезд на исходном изображении показало, что это могло быть вызвано небольшим смещением во время наведения. Дальнейших свидетельств наличия комы вокруг любого из трех астероидов не обнаружено. Наблюдения 944 Идальго и 2201 Ольято пришлось провести до миссии по обслуживанию космического телескопа Хаббл. В результате, положение этих двух астероидов было неоптимальным для обнаружения OH. Идальго был изображен на расстоянии 5 астрономических единиц от Солнца и удалялся от него. Это примерно такое же расстояние, на котором находился SL 9 перед столкновением с Юпитером. Космический телескоп Хаббл, используя тот же спектрограф и спектральный элемент G270H, также не обнаружил никаких признаков OH от SL 9. 2201 Ольято находился вблизи афелия во время наблюдений. С расстояния от пояса астероидов любая OH-сигнатура могла быть замаскирована шумом в данных астероида 19-й звездной величины. В идеале, оба объекта следовало изучить вскоре после прохождения перигелия. Астероиды главного пояса 224 Океана, 182 Эльза и 899 Джокасте наблюдались вблизи оппозиции, но не показали никаких признаков эмиссии OH. Последние два наблюдались, когда у космического телескопа Хаббл были проблемы с ориентацией, и ему пришлось занять специальное положение относительно Солнца из-за потери одной солнечной панели. Сообщения о предыдущей коме могли быть вызваны столкновениями.

The spectra for 944 Hidalgo, and 2201 Oljato are essentially identical to the solar spectrum. No OH emission, or other emission lines were apparent. Ground based observations of these two objects were limited to several CCD images of the area in which 2201 Oljato was calculated to appear. Both 944 Hidalgo, and 2201 Oljato were near 19th magnitude. This placed them beyond the limit of most amateur telescopes. None of the other three asteroids showed signs of the cometary emission that would be expected from a weakly active cometary nucleus. This should not be surprising, since the targets lie in stable main belt orbits. Ground based observations of 182 Elsa, 224 Oceana, and 899 Jokaste were conducted visually, photographically, with VHS, and with CCD equipment. 224 Oceana was at 12th magnitude during the HST observations. 182 Elsa was also at 12th magnitude, and 899 Jokaste appeared at 15th magnitude. All visual observations showed point images, with no sign of a dust coma. Photographic images gave the same result. A number of observers were able to accumulate CCD images in order to reach fainter magnitudes. Using this method, two observers reported signs of a possible short tail on the asteroid 899 Jokaste. This appeared around 17th magnitude. Studies of nearby stars on the original image suggest that this was due to a small amount of trailing during guiding. There was no further evidence of a coma around any of the three asteroids. Observations of 944 Hidalgo and 2201 Oljato had to be conducted before the Hubble Space Telescope servicing mission. As a result, the two asteroids were not in convenient positions to detect OH. Hidalgo was imaged at 5 Astronomical Units from the Sun, and moving away. This is approximately the same distance as SL 9 was before it impacted on Jupiter. The Hubble Space Telescope, using the same Faint Object Spectrograph and spectral element G270H, also failed to find any evidence of OH from SL 9. 2201 Oljato was near aphelion when it was observed. From the distance of the asteroid belt, any OH signature may have been hidden by noise in the data of the 19th magnitude asteroid. Ideally, both objects should have been studied shortly after perihelion passage. The main belt asteroids 224 Oceana, 182 Elsa, and 899 Jokaste were observed near opposition, but did not show any evidence of OH emission. The last two were observed when the Hubble Space Telescope was having guidance problems, and had to present special orientation to the Sun due to the loss of one solar panel. The reports of previous coma may have been due to impacts.