¿Podría la eyección del asteroide Bennu entrar en una órbita temporal a su alrededor? ¿Si es así, cómo?

Artículo del New York Times El asteroide estaba lanzando rocas al espacio. "¿Estábamos a salvo en órbita?" menciona preocupaciones sobre el material expulsado del Bennu que ingresa en una órbita temporal alrededor del asteroide y representa un peligro para su actual nave espacial visitante OSIRIS REx.

Con tamaños que varían desde pulgadas hasta quizás unos pocos pies de diámetro, algunos de los escombros expulsados ​​escaparon de la tenue gravedad de Bennu y se lanzaron en la dirección y velocidad correctas para entrar en órbita, convirtiéndose en pequeñas lunas durante al menos un corto tiempo.

La sección de arrojar a la superficie de OSIRIS-REx de Planetary.org ve a Bennu arrojando cosas al espacio

Las actualizaciones de la misión provinieron de un artículo de Nature publicado recientemente (con muro de pago), una presentación en la 50.ª Conferencia de Ciencias Planetarias y Lunares en The Woodlands, Texas, y una llamada con reporteros hoy. OSIRIS-REx vio por primera vez el fenómeno en imágenes de cámaras de navegación ópticas el 6 de enero de 2019 y desde entonces lo ha visto ocurrir 10 veces más. Cada evento de eyección puede involucrar docenas o cientos de partículas que varían en tamaño desde granos de arena de tamaño milimétrico hasta adoquines de varios centímetros. Las velocidades de eyección han variado desde unos pocos centímetros hasta unos 3 metros por segundo, lo que significa que parte del material vuelve a caer a la superficie, parte entra en órbita brevemente y parte escapa por completo a la gravedad de Bennu.

Que "algo entre en órbita brevemente" se mencione por separado de "algún material vuelve a caer a la superficie" sugiere que también están hablando de órbitas que no se cruzan en la superficie.

Las partículas en órbitas keplerianas que parten de la superficie definitivamente cruzarán la superficie nuevamente en menos de un período orbital, lo que puede estar relacionado con esta respuesta .

También, como la Búsqueda de satélites naturales. La sección El entorno operativo y la aceleración rotacional del asteroide (101955) Bennu de las observaciones de OSIRIS-REx (también encontradas en 1 , 2 ) describen satélites naturales desde grandes tamaños hasta partículas pequeñas que son una preocupación importante y se buscan activamente.

OSIRIS REx realiza búsquedas alrededor de Bennu regularmente, por ejemplo, busque el término "partícula" en las actualizaciones de estado .

Entonces me gustaría preguntar

Pregunta: ¿Podría la eyección del asteroide Bennu entrar en una órbita temporal a su alrededor? ¿Si es así, cómo?

Aunque no puedo acceder al documento, el resumen de Orbital Stability Regions for Hypothetical Natural Satellites of (101955) Bennu parece relevante:

La misión Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer (conocida como OSIRIS-REx) orbitará y devolverá una muestra del asteroide cercano a la Tierra (101955) Bennu. Las observaciones desde tierra determinaron que ningún objeto de más de 15 m de diámetro orbita alrededor de Bennu. Esta investigación explora el tamaño potencial y la estabilidad de los satélites naturales de menos de 15 m de diámetro para proporcionar predicciones sobre dónde se deben buscar estos pequeños satélites al llegar. La atención se centra únicamente en la existencia de órbitas estables para los satélites naturales. La forma en que el satélite natural migró a esta órbita se coloca deliberadamente fuera de los límites de este estudio. El modelo numérico incluye J2 de Bennu, la dinámica del tercer cuerpo del sol y la presión de la radiación solar. Este modelo se utiliza con las condiciones iniciales de varios semiejes mayores, inclinaciones, la longitud de los nodos ascendentes y los diámetros de los satélites naturales. Para ser estable, se requiere que un conjunto de condiciones iniciales permanezcan en órbita por más de 1000 años.Se comprueba la posible existencia de satélites naturales en órbita alrededor de Bennu tan pequeños como 0,75 cm. Ciertos mecanismos, como el plano de Laplace modificado, la resonancia de Kozai y las órbitas sincrónicas con el sol, ayudan a explicar la estabilidad de algunas órbitas.

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Desde El Asteroide Estaba Disparando Rocas Al Espacio. "¿Estábamos a salvo en órbita?" . Haga clic para ver el tamaño completo para que se vean muchas más partículas.

Partículas expulsadas de la superficie de Bennu el 19 de enero, en una imagen compuesta tomada por la nave espacial Osiris-Rex. Crédito: NASA/Goddard/Universidad de Arizona/Lockheed Martin

Respuestas (1)

La literatura parece indicar que la respuesta es sí. Hay algunas investigaciones existentes sobre la eyección en relación con otros asteroides, pero debido a la forma irregular y el pequeño tamaño de Bennu, esos hallazgos no se extienden tan fácilmente al caso que le interesa, por lo que me centraré solo en los estudios específicos de Bennu.

Según McMahon et. Alabama. en "Evolución dinámica de partículas simuladas expulsadas del asteroide Bennu" :

los efectos combinados de la gravedad, la presión de la radiación solar y la presión de la radiación térmica de Bennu pueden producir muchas órbitas sostenidas para las partículas expulsadas.

Según su simulación, la mayoría de los eyectados siguen trayectorias suborbitales o de escape/escape directo, y una parte de los que se lanzan a una órbita inicialmente hiperbólica son empujados hacia atrás por la presión de radiación solar (SRP) para dar la vuelta alrededor de Bennu antes de escapar (en lo que podría argumentar es una órbita temporal). Sin embargo, como se ve en las Fig. 2 y 3 de McMahon et. Alabama. papel, se demostró que un par de partículas simuladas permanecían en órbita hasta el final de la simulación (después de 1 año Bennu).

McMahon et. Alabama. El artículo aborda la posible mecánica de este fenómeno en la sección de discusión, pero la explicación del artículo se resume bastante bien en esta cita:

SRP puede agregar rápidamente energía significativa a estas pequeñas partículas, haciendo que escapen de velocidades y energías iniciales más bajas. En segundo lugar, y como era de esperar, la latitud del lugar del evento de eyección juega un papel importante en la posibilidad de escape; los eventos de latitudes más bajas proporcionan más velocidad a las partículas del giro de Bennu y, por lo tanto, las partículas a velocidades de lanzamiento más bajas pueden escapar, pero también aquellas a velocidades más altas lanzadas hacia el oeste se mueven más lentamente y no escapan. En tercer lugar, la relación con la energía de lanzamiento es interesante porque existe un punto óptimo en términos de maximizar la posibilidad de volver a impactar.

El Rieger et. Alabama. El documento al que hizo referencia, Orbital Stability Regions for Hypothetical Natural Satellites of (101955) Bennu, adopta un enfoque ligeramente diferente del problema y se centra más en el efecto de los planos orbitales y la resonancia de Kozai en la estabilidad de los posibles satélites naturales de Bennu. (Está disponible en el servidor de informes técnicos de la NASA si desea leer el documento completo). Sus simulaciones también respaldan la posibilidad de que la eyección entre en órbita alrededor de Bennu, que explican de la siguiente manera:

Se descubrió que el plano Sun-terminator es la órbita donde existen satélites naturales de menor tamaño. Se determinó que el plano terminador es la razón de esta órbita debido a que la tasa de precesión de la longitud del nodo ascendente es equivalente a la tasa de la órbita de Bennu alrededor del Sol. El plano terminador era la órbita de los satélites naturales más pequeños a 2-13 km. Sin embargo, a partir de los 8-13 km, la tasa de precesión fue menor y eventualmente hará que las órbitas se vuelvan inestables. Los puntos estables cerca de 0◦ y 180◦ se deben al plano de Laplace modificado. Estos puntos de equilibrio existían para diámetros de 1,5 ma 15 m. Finalmente, la resonancia de Kozai puede ser responsable de las órbitas estables de objetos grandes o lejanos que precesan 360° a lo largo del nodo ascendente.

En conclusión, la evidencia parece respaldar firmemente la posibilidad de que haya eyecciones en órbita alrededor de Bennu, aunque la presencia real de eyecciones en órbita alrededor de Bennu debe verificarse en función de los datos reales (de O-Rex o quizás de otra misión futura).

¡Brillante hallazgo en ese papel!
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