Att fånga en blinkande stjärna

Många har sett en total solförmörkelse, då månen helt täcker bort solens lysande skiva. Men mycket få har sett en asteroid göra samma sak, nämligen att kasta en stjärnskugga på jordens yta. Ännu har bara en handfull svenskar sett en asteroidockultation. Men i sommar har du chansen att få uppleva detta gäckande fenomen för blotta ögat, vilket är extremt ovanligt!

Historien bakom asteroidockultationer är relativt kort. Första gången en sådan observerades var så sent som 1958, och detta skedde faktiskt från svensk mark. Per-Åke Björklund och Svend Aage Müller såg då asteroiden Juno ockultera en stjärna i Orion, mellan Betelgeuse och den himmelske jägarens sköld.

Nöjet med asteroidockultationer

Mitt eget första minne av en asteroidockultation var som nybörjare 1983, och källan var Göteborgs Astronomiska Klubbs medlemsskrift. I nummer 4:83 av Aurora skrev Hans Bengtsson en artikel om den Pallasockultation som skulle inträffa natten den 4-5 maj, av en stjärna av 8e magnituden i Pilen. Jag minns denna natt mycket väl, eftersom den var gnistrande klar och fenomenet inträffade när det var som allra mörkast. Jag hade dåtillgång bara till en relativt ny 60 mm refraktor, och hade egentligen ingen större aning om hur man skulle hitta stjärnan. Jag minns också mycket väl att det var på tok för sent att vara ute och jaga denna stjärna eftersom det var skoldag dagen därpå. Jag använde dock teleskopet för att observera ett flertal månockultationer, varav speciellt en jag minns var strykande. Detta var mäktiga fenomen som jag såg mycket fram emot varje gång de inträffade. För att återkoppla till själva ockultationen ser man idag på IOTAs (David Dunham) databas över observerade ockultationer att endast en enda observatör lyckades göra en positiv observation, detta skedde i Kazan i Sovjetunionen.

Lustigt nog ockulterade Pallas redan den 29 maj samma år den ljusa stjärnan 1 Vulpeculae (Räven). Denna ockultation blev synnerligen välobserverad med 140 observatörer spridda över USA och norra Mexiko och därmed kunde Pallas form bestämmas med stor noggrannhet för första gången. Dessutom kunde det fastslås att asteroiden saknade en måne av ansenlig storlek.

Sedan Möllers och Björklunds observation 1958 var det ingen svensk som lyckades med samma bedrift förrän 2000 då (111) Ate ockulterade en stjärna i Fiskarna i ett stråk över mellersta Svealand. Då var fem svenska amatörer placerade på olika platser i zonen och vi lyckades alla få ett positivt reslultat. Det var också den första (och hittills enda) fotograferade asteroidockultationen från Sverige, erhållen av undertecknad med Kvistabergsobservatoriets Schmidtteleskop.

Förbättrade möjligheter

Bra förutsägelser av asteroidockultationer var det dock dåligt med för trettio år sedan på grund av förhllandevis (med dagens mått mätt, speciellt före Hipparchos) dåligt kända stjärnpositioner och relativt få asteroidbanor som var kända med tillräckligt god precision. Idag har Minor Planet Center uppemot 500 000 småplaneter med välbestämda banor i sin databas, medan det för trettio år sedan rörde sig om endast ca 3000.

Dagens omfattande stärnkataloger med bra stjärnpositioner (Tycho, USNO-B1, UCAC, FK6) och den enorma mängd asterometri av småkroppar som ständigt produceras vid professionella och amatörobservatorier har ändrat denna bild. Möjligheterna att observera asteroidockultationer för amatören är idag mycket goda. Månatligen beräknas nu förutsägelser för hundratals fenomen, av vilka ett flertal passerar över Sverige under dygnets mörka timmar. Vem som helst har idag också möjlighet att göra sina egna beräkningar av dessa händelser med fri mjukvara, och fältet är öppet för studier av vetenskapligt värdefull kvalitet med relativt enkla hjälpmedel. Relativt få ockultationer är dock enkla att studera med blotta ögat och normalstora amatörteleskop, eftersom både asteroiderna och de ockulterade stjärnorna som regel är svaga. Med ett motoriserat teleskop och en CCD-kamera öppnar sig dock en värld av möjligheter att bestämma exakt tidpunkt och längd på ockultationer av stjärnor som är så svaga som 14e magnituden.

Nyttan med asteroidockultationer

Vilken information kan man få ut av en asteroidockultation? De två viktigaste anledningarna att studera dem är möjligheten att med stor exakthet bestämma asteroidens storlek, eller åtminstone en undre gräns för denna, och dess exakta läge på himlen. Positionsnoggrannheten för asteroiden som kan uppnås vid tidtagning av ockultationens start och slut överstiger vida den som är möjlig med astrometri. Även precisionen i bestämningen av diametern överstiger den som är möjlig att erhålla med andra metoder, förutom förbiflygning med rymdsonder.

Eftersom asteroider i normalfallet är små (typiskt några tiotal km) och befinner sig på stora avstånd (vanligen i asteroidbältet, flera hundra miljoner km bort) är de skenbart mycket små sett från jorden (några hundradels bågsekunder). Därmed är det normalt inte möjligt att med direkta metoder bestämma deras storlekar. Asteroiders spektra ger viss information om deras typ och därmed ytsammansättning och reflektans, men detta är en mycket osäker metod, eftersom ljusstyrkan bestäms både av storlek och distribution av mörka och ljusa fläckar på ytan. Genom jämförelse mellan asteroiders optiska och infraröda ljusstyrkor kan deras storlekar uppskattas. Detta ger en bättre noggrannhet och utnyttjades med IRAS-observationer för att bestämma ungefärliga storlekar för närmare 2000 asteroider.

Stora asteroider har tillräcklig vinkelstorlek för att kunna direktavbildas med enstaka teleskop eller med interferometri, men detta är tidskrävande och kostsamt och fungerar endast för de allra största objekten. Den billigaste och förhållandevis mest exakta metoden visar sig vara observationer av ockultationer, och där har amatörer historiskt gett de mest värdefulla bidragen. Asteroidens form kan också bestämmas genom en inversion av ljuskurvan, dvs ljusstyrkeförändringen under en rotationsperiod. Metoden innebär att de relativa dimensionerna av en tredimensionell ellipsoid modellbestäms genom att utnyttja observationer av ljuskurvans utseende vid flera tillfällen i asteroidens bana, under vilka asteroiden betraktas från olika vinklar sett från jorden.

Det bästa sättet att studera asteroidockultationer är att observera gemensamt från flera platser spridda inom den beräknade zonen, och gärna även utanför eftersom osäkerheten ofta är så pass stor att zonens faktiska läge är uppemot en zonbredd därifrån. Sprider man ut sig på varierande avstånd från zonens centrum kan inte bara ett minsta värde för asteroidens storlek erhållas, utan även dess ungefärliga tvärsnittsprofil, likt fallet med den berömda Pallasockultationen 1983. Eftersom asteroiden roterar kommer denna tvärsnittsyta variera med tiden beroende på dess form, och ett flertal ockultationer av asteroiden är därför nödvändiga för att ge tredimensionell information om dess utseende.

Över 70 asteroider har kända satelliter. Även om chansen att upptäcka en eventuell asteroidsatellit genom ockultationer är mycket liten så är det ändå värdefullt att utföra observationer ett par minuter innan och efter tidpunkten för ockultationen, och söka efter en mycket kort försvinnande av stjärnan som kan ha orsakats av en satellit.



Författare: Johan Warell

 

Svenska asteroidockultationer

Vi svenskar kan glädja oss åt att vara världsmästare i asteroidockultationer! Den första ockultationen av detta slag att observeras över huvud taget skedde från svensk mark den 19 februari 1958, då (3) Juno ockulterade SAO 112328, en stjärna av magnitud 9,2 i Orion. Per-Åke Björklund och Svend Aage Möller såg ockultationen från Malmö vid Limhamn-Bunkeflo (55 35N, 12 57E) och uppmätte varaktigheten till 7,2 sekunder. Detta motsvarade en minimidiameter av Juno av 110 km (Taylor, G. E., The Observatory, Vol. 82, p. 17-20 (1962)). Idag vet vi från ytterligare ockultationer, IRAS-fotometri och avbildning med adaptiv optik att diametern är ca 233 km. Efter Björklunds och Möllers pionjärobservation följde andra positiva observationer 1961 (av Pallas), 1975 (Eros), och 1977 (Hebe), och 1978 återigen av Pallas och Juno.

Den andra och hittills sista positiva asteroidockultationen från Sverige observerades från södra Uppland den 10 september 2000 av fem observatörer utspridda på tre platser i zonen. Karl-Gustav Andersson och Margareta Westlund observerade från Riala, Mauritz Andersson och Johan Warell observerade från Kvistabergs observatorium vid Bro, och Lars Hermansson observerade från Mjölkö utanför Åkersberga. Ytterligare 14 andra observatörer observerade händelsen, men bara Dennis Rowley i östra USA och Timo Kinnunen i Finland säkrade positiva observationer.

För Margareta Westlunds del var detta det 20e försöket att se en asteroidockultation sedan hennes första försök tio år tidigare. Westlund och Andersson klockade ockultationen med tidtagarur och tidsangivelse från Fröken Ur. Övriga talade in tidssignaler och observationer på diktafon och utförde en rigorös felberäkning. Tidssignaler togs från radiokontrollerad klocka. Observationerna skickades in till och reducerades av EAON. De åtta positiva ockultationsspåren gav vid handen en minsta diameter av 112 km för (111) Ate.


Asteroidockultation Ate år 2000

Asteroiden (111) Ate ockulterar SAO 91954
från Kvistabergs observatorium utanför Bro den 10 september 2000. Från denna driftskanningsbild (här ses ett utsnitt) uppmättes ockultationens längd till 10,83+-0,10 sekunder. Fotograferat med 100 cm f/3 Schmidtteleskopet och en 2x2k CCD-kamera. Foto: Johan Warell



Asteroidockultation Ate år 2000

Åtta stycken positiva observationer av Ates ockultation år 2000 gjordes från fem platser i USA, Sverige och Finland. Bilden visar ockultationsspårens relativa lägen och längder på himlen, okorrigerade för absoluta tidsfel. Ates diameter beräknades till 112 km eller mer. De övre och undre spåren visar de två närmaste negativa observationerna. Källa: EAON (Raymond Dusser, 2000), www.euraster.net.