 |
 |
Introducció
No hi ha cap dubte de que els
asteroides i cometes més interessants des del punt de vista de les conseqüències que
poden tenir per a la Terra i els seus habitants, són els objectes que es poden acostar a
la Terra: Near Earth Objects (NEOs).
Afortunadament la quantitat de
aquests objectes és molt menor que el nombre d'asteroides del cinturó principal, malgrat
això, la majoria de aquests cossos està per descobrir, estimant-se que el número de
NEOs coneguts amb tamany inferior al quilòmetre és de només l'1 %.
A l'època anterior a les CCD
(anys 70 - 80) la majoria van ser descoberts amb els programes de recerca mitjançant
càmeres Schmidt: Eleonor Helin, Eugene i Carolyn Shoemaker en Mount Palomar i R.
MacNaught a l'Observatori Angloaustralià. El gran avantatge d'aquestes càmeres és el
seu gran camp, el que permet fer extensos escombrats de cel. Amb la incorporació de les
càmeres CCD el panorama ha canviat, aquestes són molt més sensibles que les plaques
fotogràfiques, i molt més còmodes de manejar, però abasten molt menys camp. En
l'actualitat més del 90% dels NEOs són descoberts per un dels tres equips americans
dedicats a aquesta labor: El SPACEWATCH a Kitt Peak, El NEAT a Hawaii i el LINEAR a Nou
Mèxic, treballant tots ells amb CCD i telescopis d'1 m (darrerament també LONEOS y
CATALINA S.S., entre d'altes).
Quin paper juguen els
observatoris modestos o els aficionats avançats en el camp d'aquests objectes? Encara que
molt pocs són descoberts per aficionats, aquests i els observatoris modestos juguen un
gran paper en el que fa referència a les mesures de posició que realitzen,
imprescindibles per al còmput de bones òrbites. Si miram les circulars electròniques
del MPC, on es publiquen les mesures astromètriques, observarem que més de la meitat
dels astrometrístes habituals som aficionats: americans, japonesos, australians,
italians, txecs, espanyols, francesos i pocs més, però que són prou assidus. Es pot
afirmar sense triomfalismes que els aficionats actualment juguam un important paper en la
determinació de les òrbites d'aquests cossos, si bé pels motius que després
explicaré, no contribuïm significativament al seu descobriment .
Les càmeres CCD
La raó de que els astrònoms
aficionats i els observatoris modestos facin escassos descobriments de NEOs, hem de
buscar-la, més que en el tamany del telescopi, a les càmeres CCD. Aquestes càmeres són
molt més sensibles que les emulsions fotogràfiques, però la seva àrea sensible és
molt petita, sobretot a les càmeres de petit format que usem els aficionats. Les càmeres
basades en xips grans de més de 1000x1000 pixels són excessivament cares. Existeixen
actualment dos tipus de càmeres CCD: les normals que tenen un rendiment de l'ordre del
40% en quant a la capacitat efectiva per a captar fotons i les recents back-illuminated
que arriben a un rendiment de l'ordre del 85%, abraçant a més a més una zona de
l'espectre bastant més àmplia, veure taula 1. Però el problema segueix sent el mateix,
tenen un preu prohibitiu.
Taula 1. Magnitud
visible abastada amb diferents diàmetres amb càmeres CCD normals i d'alta sensibilitat o
back-illuminated. Es pot observar que un 300 amb càmera B-I s'arriba a la mateixa
magnitud que amb un 500 amb càmera normal, amb l'estalvi (en doblers i en disseny) que
suposa un 300 enfront d'un 500, encara que, òbviament el mateix 500 i B-I atrapa una
magnitud més.
A continuació indicarem les
característiques d'algunes càmeres interessants o populars.
FORMAT PETIT
Basades en el xip KAF-400:
6.9X4.6 mm
pixel de 9m (18 micres en modo binning)
768x512 pixels (384x256 en modo binning)
rendimient quàntic normal
ST6:
8.6x6.5 mm
pixel de 23x27 micres
374x240 pixels
rrendimient quàntic normal
FORMAT MITJÀ
Basadas en el chip KAF-1600:
13.8X9.2 mm
pixel de 9 m (18 micres en modo binning)
1536x1024 pixels (768x512 en modo binning)
rendimient quàntic normal
AP-7:
12.3x12.3 mm
pixel de 24 micres
512x512 pixels
rendimient quàntic alt (back-illuminated)
FORMAT GRAN
AP-6:
24.6x24.6 mm
pixel de 24 micres
1024x1024 pixels
rendimient quàntic normal
AP-8:
24.6x24.6 mm
pixel de 24 micres
1024x1024 pixels
rendimient quàntic alt (back-illuminated)
AP-4:
18.4x18.4 mm
pixel de 9 micres
2048x2048 pixels
rendimient quàntic normal.
Estimació del nombre
de NEOs
En un informe del Space Guard
Fundations, de juny de 1992, s'estima (basant-se en el número de NEOs coneguts) que deu
haver-hi més de 2.000 ECA (Earth Cross Asteroids) de més d'1 km, més de 9.000 majors de
0,5 km i possiblement més de 300.000 majors que 100 m. Encara que aquesta estimació és
incerta, actualment es considera que que aquests valors no difereixen en més d'un factor
2.
D'acord a aquest model per a trobar un
NEO de tamany major de 0,5 km, arribant fins a la magnitud V=18, s'ha d'escombrar una
àrea de cel d'uns 160 graus quadrats, per a tenir una probabilitat d'èxit del 50%. Si
s'arriba a la magnitud V=20 l'àrea de cel que s'ha d'escombrar és de 25 graus quadrats,
i 7 graus quadrats si s'arriba la magnitud V=22. Evidentment, arribant a magnituds més
altes, a més a més s'aconseguirien trobar objectes de menor tamany. Extrapolant aquestes
dades podem confeccionar la següent taula:
Taula 2. Camp que
s'ha d'escombrar en graus quadrats per a trobar NEOs majors de 0,5 km amb una probabilitat
del 50% en relació amb el diàmetre del telescopi, amb CCD normal i back-illuminated,
suposant un temps d'exposició de 2 minuts
Influència de la
focal del telescopi i el tamany del xip
Anem a veure tot seguit com la
focal del telescopi (o obertura relativa) i la tamany del xip són els factors
determinants a l'hora d'establir una estratègia de recerca de NEOs. L'anàlisi que ve a
continuació és aproximat ja que no es tindran en compte algunes consideracions com el
fet de treballar amb un pixel més gran fa que el temps efectiu d'exposició per als
objectes ràpids pot ser major, igual que també ho és per a focals més curtes, la qual
cosa es tradueix en un augment de la probabilitat de detecció d'objectes ràpids.
Suposem un telescopi de 300 mm a
f/3,3 i un xip de format petit com el KAF-400, de 6,9x4,6 mm. En aquest cas el camp cobert
per una imatge és de 16x24, o 0,1º 2; Com es tracta d'un xip de rendiment normal es necessitaria
escombrar un camp de 16° quadrats, és a dir, 1600 imatges.
El mateix telescopi equipat amb un xip més
gran com pot ser el KAF-1600, les dimensions del qual són 13,8x9,2 mm dóna un camp de
32x48, o 0.4° quadrats, és a dir quatre vegades superior, per la qual cosa obtindríem
la mateixa probabilitat d'èxit amb una quarta part d'imatges, és a dir, 400 imatges.
Anem a suposar ara que equipam
el mateix telescopi amb un xip més sensible com el de les càmeres AP7 que és
back-illuminated i té unes dimensions de 12,3x12,3 mm. El camp cobert és de 42x42 o
0,5° quadrats. Al tractar-se d'un xip d'alt rendiment el camp necessari per a tenir les
mateixes probabilitats d'èxit que amb els anteriors és de 65° quadrats, que es
cobririen amb tan sols 135 imatges. Una reducció molt important en comparació a les 1600
inicials.
Per a veure com a afecta el número f del
mirall (o obertura relativa), suposam ara un telescopi major, però també de focal
considerablement més llarga, per exemple un 500 mm a f/5 equipat amb una càmera AP7. El
camp de la imatge seria de 17x17 o de 0,08° quadrats; el camp a cobrir amb aquesta
obertura (taula 2) és de 25° quadrats, la qual cosa suposa que s'haurien de realitzar
310 imatges, més del doble que en el cas anterior. En aquest punt cal fer notar que a
l'aconseguir una magnitud més dèbil hi hauria una major probabilitat de trobar objectes
de menor tamany, sent en aquest punt on radica l'avantatge dels telescopis majors.
Taula 3. Número
de camps que s'han d'escombrar amb cada xip per a tenir una probabilitat del 50% de
descobrir un NEO més gran de 0,5 km. Convé fixar-se com afecta l'obertura relativa en
quant al nombre de camps a escombrar quan es passa de f/3,3 a f/5. També és important
notar que per a tenir la mateixa probabilitat d'èxit amb una ST6 que amb el KAF-400 el
nombre de camps a escombrar és garebé la meitat, encara que en ambdós casos és
excessiu.
Quants NEOs es poden
descobrir en un any?
En aquesta taula observam
clarament que la probabilitat de trobar NEOs és un compromís entre obertura, número f
del telescopi, tamany del xip i rendiment del mateix. Veient-se afavorits els xips grans i
els telescopis anomenats ràpids (amb números f petits). Com a aspecte a destacar
s'observa que per a una càmera i número f donats, la probabilitat de descobriment és
independent de l'obertura, això és així per que ens estem referint a objectes majors
d'una grandària donada (0,5 km), com ja he assenyalat anteriorment amb majors obertures
com les utilitzades PEL NEAT, SPACEWATCH i ESBOSSAR, es troben més objectes de menor
tamany.
També ens podem preguntar sobre la
probabilitat de descobrir NEOs en un període de temps donat, per exemple un any. Aquesta
probabilitat evidentment dependrà del temps d'observació efectiu que siga factible
realitzar en el període considerat. Els equips professionals mencionats estan situats en
llocs d'observació privilegiats i es dediquen exclusivament a aquest treball, tenint com
mitjana unes 10-12 nits d'observació per mes (el període entre Quart creixent i Quart
minvant no és l'efectiu per a la recerca). En un observatori petit no tenim condicions
d'observació tan bones, ni les persones o els equips es dediquen exclusivament a aquesta
tasca, pel que podem considerar com a bona estimació unes 5 nits d'observació per mes, i
atés que les imatges s'han de repetir tres vegades, el nombre de camps per nit pot ser de
20 - 25.
Si ara comparam amb els valors de la taula 3
veiem que amb un xip petit com el KAF-400 o ST6 necessitaríem diversos anys per a trobar
un NEO, (sempre pot sonar la flauta...) però això explica perquè els aficionats
descobreixen tan pocs NEOs encara que sí que contribueixen molt a la determinació
d'òrbites dels què descobreixen els equips professionals. Si consideram la càmera ST8
(KAF-1600), la situació millora prou amb la probabilitat de un NEO a l'any com a mitjana,
emprant, està clar, telescopis molt oberts. Si el programa es basa en l'AP7 la situació
millora més i cal esperar que es trobin de 2 a 3 NEOs per any com a mitjana. Amb una
càmera de format gran com l'AP6 les expectatives milloren lleugerament. Si finalment
consideram una càmera de format gran i alta sensibilitat com l'AP8 els resultats
anteriors s'han de multiplicar per un factor 4, la qual cosa faria que aquest programa fos
molt competitiu fins i tot en comparació amb els grans professionals ja mencionats,
estimant-se que es podrien trobar 1 o 2 NEOs cada mes.
Com a conclusió podem dir que
el millor programa podria ser el basat en un telescopi de 400-600 mm d'obertura obert a
f/3 o f/4 com molt i càmera de format gran com l'AP8. Les càmeres ST8, AP6 i AP7 tenen
un preu similar, però la que donaria un millor rendiment donat la grandària del seu xip
seria l'AP6 i a continuació l'AP7 que té una tamany semblant a la ST8 però amb un
rendiment quàntic bastant superior. Referent a les càmeres de format petit simplement
dir que un programa dedicat exclusivament la recerca de NEOs basat en aquestes càmeres no
té massa sentit, llevat que es consider un subproducte d'un altre programa com pot ser el
de recerca d'asteroides del cinturó principal.
La mida del pixel i la
resolució
Un aspecte que també s'ha de
tenir en compte és la mida del pixel. Una càmera basada en un pixel gran (al voltant de
20 mm) com les mencionades (les KAF han d'usar-se en mode binning x2), són més
sensibles, però tenen menys resolució, és a dir, en astrometria s'obtindran uns
resultats menys precisos, però atés que cercam objectes molt dèbils ens interessa que
siguen molt sensibles, sempre s'ha d'establir un compromís entre resolució i
sensibilitat. Una bona escala sol ser d'1 o 2 segons d'arc/pixel. A la taula 4 estan
indicades les escales corresponents a cada combinació telescopi-càmera.
Taula 4. Escala de
la imatge expressada en segons d'arc/pixel en funció del telescopi i de la càmera.
* L'escala es refereix al modus binning
** Aquest telescopi és una càmera Schmidt.
Si ens basam en el criteri de
1-2 segons d'arc/pixel, veiem a la taula 4 que es compleix en molt pocs casos i en els que
es compleix són els menys favorables com ja s'ha vist anteriorment, però aquest criteri
és simplement orientatiu i l'allunyar un poc d'ell no significa que l'astrometria
realitzada siga de baixa qualitat, prova d'això és que amb una escala de 3,7 segons
d'arc/pixel hem realitzat més de 1000 mesures astromètriques d'asteroides del cinturó
principal, cometes i NEOs i totes han complert amb els estrictes criteris de qualitat
exigits PEL MPC. Ara bé el valor de 3,7 no ha de ser superat en molt.
L'últim telescopi de les taules 3 i 4 és una
càmera Schmidt, que donada el seu focal curta de 800 mm tindria l'avantatge de donar un
gran camp amb moltes de les càmeres mencionades, però igualment una escala molt gran.
Amb els xip KAF la resolució astromètrica no es veuria massa penalitzada, ja que
l'escala només és lleugerament superior als 3,7 que es treballa actualment. Amb els xips
AP l'escala de 6,2 segons d'arc/pixel és molt gran i prèviament s'haurien de realitzar
proves amb una focal equivalent.
En el que respecte als Schmidt-Cassegrain, amb
aquests s'aconsegueix augmentar la seva obertura relativa amb el reductor de focal f/3,3.
Amb xips grans el vinyetatge seria excessivament i possiblement la qualitat òptica
disminuiria el que afectaria negativament a l'astrometria; possiblement la KAF-1600 i
l'AP7 serien útils, però no les AP6 i AP8.
 L'ús del texte està condicionat a la cita de la font de
procedència
|
 |
|
