Suomalaisjohtoinen tutkimus pohjautuu vuoden 2017 joulukuusta vuoden 2019 joulukuuhun Puerto Ricossa sijaitsevassa Arecibon observatoriossa tehtyihin havaintoihin. Tutkimus sisältää tutkapoikkileikkaukset 191 asteroidista ja tietoa Doppler-ilmiön aiheuttamasta aallonpituuksien laajenemisesta.
Kerättyä dataa voidaan käyttää vihjeinä asteroidien pyörimisjaksoista ja koosta sekä 112 asteroidin osalta polarisaatiosta. Pyörimisjakso, koko ja polarisaatio voivat auttaa ymmärtämään asteroidien ominaisuuksia niiden pinnalla ja pinnan alla.
Tutkimuksessa esiteltiin yksityiskohtaisempia tietoja 37 asteroidista, muun muassa tarkempia kokoarvioita, alustavia muotoarvioita sekä tietoa asteroidien heijastavuudesta tutkassa ja siitä, vastasivatko tutkahavainnot optisilla- ja lähi-infrapunataajuuksilla tehtyjä havaintoja.
Artikkeli julkaistiin äskettäin Planetary Sciences Journal -tiedelehdessä.
Planeettatutkimuksen runsaudensarvi
Artikkelin pääkirjoittajan, Helsingin yliopiston fysiikan osastolla työskentelevän tutkija Anne Virkin mukaan tutkimusaineisto on oikea runsaudensarvi planeettatutkimuksen asiantuntijoille, sillä se on yksi harvoista tutkimuksista, joka kattaa lukuisia tutkahavainnoin luonnehdittuja asteroideja. Valtaosa olemassa olevasta asteroidien tutkahavaintoihin liittyvästä kirjallisuudesta keskittyy vain yhteen kappaleeseen kerralla.
Virkin mukaan asteroidiaineiston runsaus on tärkeää monestakin syystä.
Artikkelissa esitellään muun muassa useiden mahdollisesti vaarallisten asteroidien ominaisuuksia. Tämä on merkittävää, sillä Arecibossa tehdyt havainnot ovat jo aiemmin edesauttaneet maapallon suojelemisessa asteroidien törmäyksiltä, viimeksi kun DART-luotain törmäytettiin hallitusti asteroidiin. Arecibossa noin 20 vuotta sitten tehdyt tutkahavainnot auttoivat merkittävästi DART-luotaimen kohdeasteroidiparin Didymoksen ja Dimorphoksen muotomallinnuksessa.
Vaikka Arecibon planetaarisen tutkan tutkimusryhmä (Planetary Radar Science -ryhmä) keskittyy tukemaan Yhdysvaltain ilmailu- ja avaruushallintovirasto Nasan planetaarista puolustusohjelmaa, runsaasta tutkimusaineistosta on myös paljon muuta hyötyä. Se tarjoaa esimerkiksi asteroidien louhintaan erikoistuneille yrityksille tietoa metalli- ja jääpitoisista lähiavaruuden asteroideista, joissa on kiinnostavia luonnonvaroja.
Asteroidiaineiston moninaisuus ylipäänsä kertoo tutkijoille aurinkokunnan synnystä ja kehityksestä.
Vaikka Arecidon radioteleskooppi romahti vuonna 2020, tutkijat ovat jatkaneet sillä kerätyn datan analysoimista.
Arecibon planetaarisen tutkan tutkimusryhmän johtajan ja artikkelin yhden kirjoittajan Flaviane Vendittin mukaan tutka on paras Maasta käsin käytettävä työkalu lähiavaruuden asteroidien kuvaamiseen.
– Kerätyn arvokkaan datan määrä on ainutlaatuinen, eikä tuloksia olisi voitu saavuttaa millään muulla olemassa olevalla laitteella, Venditti sanoo.
Uusia havaintoja
Tutkijat löysivät havaintoaineistosta kaksi asteroidia, joiden heijastavuus tutkassa on poikkeuksellisen suuri, mikä viittaa mahdolliseen korkeaan metallipitoisuuteen. Kahden uuden metallipitoisen asteroidin olemassaolon mahdollisuus on merkittävä, sillä tähän mennessä sellaisia on löytynyt lähiavaruudesta vain vähän.
Lisäksi maapallon lähiavaruudessa sijaitsevan 2017 YE5 -kaksoisasteroidin muodostavat kaksi samankokoista kappaletta saattavat tutkimuksen mukaan sisältää pintansa alla metallien sijaan jäätä. Tämä pääteltiin kappaleiden materiaalin alhaisen tiheyden ja vahvasti elliptisen radan takia.
2017 YE5 on luokiteltu aiemmissa tutkimuksissa mineralogialtaan D-tyypin kappaleeksi, jotka ovat tummia ja sisältävät pääosin hiili- ja silikaattiyhdisteitä ja mahdollisesti jäätä. Se on mahdollisesti ensimmäinen tutkalla havaittu laatuaan. Lähes kaikki muut D-tyypin asteroidit kiertävät aurinkoa asteroidien päävyöhykkeen ulko-osissa ja sitä kauempana.
Kahdesta suunnilleen samankokoisesta toisiaan kiertävästä kappaleesta muodostuvat kaksoisasteroidit ovat myös äärimmäisen harvinaisia; vain kolme muuta vastaavaa asteroidia on löytynyt kymmenien tuhansien tunnettujen maan lähiasteroidien joukosta.
Tutkijat luokittelivat myös muita kappaleita, joista viisi sisältää mahdollisesti enstatiittia. Näitä E-tyypin asteroideja ei ollut aiemmin tunnistettu. Nyt luokittelu oli mahdollista tutkalla tuotetun polarisaatiotiedon avulla.
Aineiston kultareunuksena oli useita 7,5 metrin erotuskyvyn kuvia asteroideista. Mikään muu maanpäällinen havaintolaite kuin tutka ei kykene ottamaan erotuskyvyltään 10 metriä tarkempia kuvia mistään Kuuta kauempana sijaitsevasta taivaankappaleesta. Vuoden 2020 romahdukseen asti Arecibon radioteleskooppi oli maailman tehokkain ja herkin planeettojen tutkimukseen käytettävä tutka.
Jatkotutkimuksia
Vaikka tutkimuksen aineisto on runsasta, se jättää tilaa jatkotutkimukselle.
– Artikkeli on kuin elokuvan traileri, Virkki kuvailee.
Vendittin mukaan tutkimusaineisto osoittaa, miten rikasta tutkalla saatu tieto on.
– Itse asiassa laadukasta dataa on vielä paljon yksityiskohtaisesti analysoimatta. Jatkoanalyysi voi auttaa jopa suunnittelemaan lentoja aurinkokunnassa matkaaville pienkappaleille, Venditti sanoo.
Rahoitus
Tutkimusta rahoitettiin Nasan Near-Earth Object Observations -ohjelman kautta. University of Central Florida -yliopisto hallinnoi Arecibon observatoriota Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön puolesta yhteistyösopimuksen puitteissa.
Artikkeli: Arecibo Planetary Radar Observations of Near-Earth Asteroids: 2017 December–2019 December
Tutkijoiden tiedot
Virkki väitteli tohtoriksi tähtitieteestä Helsingin yliopistossa vuonna 2016. Nykyään hän työskentelee Helsingin yliopiston planeettatutkimuksen tutkimusryhmässä. Virkki aloitti työskentelyn Arecibon observatoriossa huhtikuussa 2016 ja University of Central Florida -yliopistossa huhtikuussa 2018. Hän johti Arecibon planetaarisen tutkan tutkimusryhmää vuodesta 2018 vuoteen 2021.
Venditti väitteli tohtoriksi avaruustekniikasta Brasilian valtion Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais -tutkimuslaitoksessa vuonna 2013. Hän aloitti työskentelyn Arecibon observatoriossa vuonna 2017 ja on johtanut sen planetaarisen tutkan tutkimusryhmää vuodesta 2021.
Muita tutkimukseen osallistuneita ryhmän jäseniä ovat Arecibon observatorion tutkijat Sean Marshall ja Maxime Devogèle sekä data-analyytikot Luisa Zambrano-Marín ja Anna McGilvray.