Ruimtestof wegen met radar

Er wordt aangenomen dat er elke dag meer dan 1.000 kilogram zogenaamd interplanetair stof op de aarde valt. Dit stof is in wezen een onnoemelijk aantal kleine zwakke meteoren, weggegooide overblijfselen van asteroïden en kometen die de aarde passeren.

Twee manieren om zwakke meteoren te bestuderen zijn radar- en optische waarnemingen, elk met voordelen en beperkingen. Astronomen hebben met beide methoden specifieke waarnemingen gecombineerd en kunnen nu radar gebruiken om het soort waarnemingen te doen dat voorheen alleen optische telescopen konden doen.

Bij de foto: Kiso Schmidt-telescoop van 1,05 meter. De enorme telescoop binnen het Kiso-observatorium stond gericht naar een punt gelegen 100 km boven de locatie van MU (Middle and Upper Atmosphere Radar-faciliteit). Bron: The University of Tokyo

Ons zonnestelsel is een drukke plaats - naast de grote lichamen die we allemaal kennen, bestaat er een ontelbaar groot aantal rotsachtige asteroïden en ijskometen. Deze blijven meestal in hun banen ver van de aarde, maar velen zwerven ook rond het zonnestelsel. Terwijl ze dat doen, werpen ze wat materiaal af als gevolg van botsingen, vervormingen of verhitting. Hierdoor is de aarde omgeven door kleine deeltjes die we interplanetair stof noemen. Door de grootte en samenstelling van het interplanetaire stof te onderzoeken, kunnen astronomen indirect de activiteit en samenstelling van de ouderlichamen onderzoeken.

“In de ruimte is interplanetair stof praktisch onzichtbaar. Er valt echter elke dag ongeveer 1.000 kilogram op de aarde in de vorm van minuscule meteoren die verschijnen als heldere strepen aan de nachtelijke hemel ”, zegt astronoom Ryou Ohsawa van het Instituut voor Astronomie aan de Universiteit van Tokio. “We kunnen deze observeren met radar- en optische instrumenten op de grond. Radar is handig omdat het grote gebieden kan bestrijken en enorme metingen kan verzamelen, maar optische telescopen kunnen meer gedetailleerde informatie geven die nuttig is voor onze studies. Dus wilden we deze kloof overbruggen om ons observatievermogen te vergroten. "

Bij de foto: De observatoria liggen 173 km uit elkaar. De relatief korte afstand maakt een nauwkeurigere correlatie van hun gegevens mogelijk. Bron: Ohsawa et al. / Universiteit van Tokio.

Grondradar is erg goed in het detecteren van de beweging van meteoren, maar geeft niet veel informatie over de massa of samenstelling van de meteoren. Optische telescopen en sensoren kunnen die details afleiden op basis van het licht dat wordt afgegeven door vallende meteoren als gevolg van interactie met de atmosfeer. Telescopen hebben echter een beperkt gezichtsveld en misten tot voor kort de gevoeligheid om zwakke meteoren te zien. Ohsawa en zijn team wilden radarobservatoria doordrenken met de krachten van optische. Na een paar jaar is het ze eindelijk gelukt.

"We dachten dat als je genoeg meteoren tegelijk zou kunnen waarnemen met zowel radar- als optische faciliteiten, de details van de meteoren in de optische gegevens ook zouden kunnen overeenkomen met voorheen onzichtbare patronen in de radargegevens", zei Ohsawa. “Ik ben verheugd te kunnen melden dat dit inderdaad het geval is. We hebben honderden gebeurtenissen gedurende meerdere jaren geregistreerd en hebben nu de mogelijkheid gekregen om informatie over meteoormassa af te lezen uit subtiele signalen in radargegevens. "

In 2009, 2010 en 2018 gebruikte het team de Middle and Upper Atmosphere (MU) Radar-faciliteit, beheerd door de Universiteit van Kyoto en gevestigd in Shigaraki, Shiga Prefecture, en het Kiso Observatory, beheerd door de Universiteit van Tokio, aan de kant van de Nagano Prefecture van Mount Ontake. Ze staan ​​173 kilometer uit elkaar, wat belangrijk is: hoe dichter de faciliteiten, hoe nauwkeuriger de gegevens ervan kunnen worden gecorreleerd. MU wijst rechtstreeks naar boven, maar Kiso kan onder een hoek worden geplaatst, zodanig dat het instrument keek naar een plaats een 100 km boven de locatie van MU. Het team zag 228 meteoren met beide faciliteiten en dit was genoeg om een ​​statistisch betrouwbare relatie te leggen om radar- en optische waarnemingen met elkaar te verbinden.

"Data-analyse was omslachtig", zei Ohsawa. “Een gevoelig instrument genaamd de Tomo-e Gozen groothoekcamera, gemonteerd op de Kiso-telescoop, nam meer dan een miljoen beelden per nacht op. Dit is te veel voor ons om handmatig te analyseren, dus hebben we software ontwikkeld om automatisch zwakke meteoren te herkennen. Van wat we hier hebben geleerd, hopen we dit project uit te breiden en radar te gaan gebruiken om de samenstelling van meteoren te onderzoeken. Dit zou astronomen kunnen helpen kometen en aspecten van de evolutie van het zonnestelsel te verkennen als nooit tevoren."

Auteur: Jan Vyvey.
Bron: Universiteit van Tokio