Podczas obserwacji supernowej w odległej galaktyce, dokonywanych przy pomocy aparatury FORS w należącym do ESO Very Large Telescope w Parnal Observatory w Chile, astronomowie, dzięki niesamowitemu szczęściu, wykonali bardzo wysokiej jakości zdjęcie widma dużego meteoru przelatującego przez ziemska atmosferę.

Szczęśliwie osiągnięte spektrum ujawnia ślady widm emisyjnych atomów tlenu, azotu i związków azotowych z meteoru. Spektrum z VLT było pierwszym, w którym został uwzględniony zakres podczerwony, gdzie przewiduje się obecność linii emisyjnych węgla; nieobecność tych linii wymusza określony typ reakcji chemicznych w atmosferze w czasie, kiedy na Ziemi powstawało życie.

Ponieważ VLT nastawiony jest na obserwację obiektów daleko w przestrzeni kosmicznej, zogniskowany jest na nieskończoności. Meteor, przelatujący „tylko” 100 km nad teleskopem, pojawił się więc w polu widzenia, daleko poza ostrością.

Zgodnie z popularnym powiedzeniem, jeśli zobaczysz meteor, możesz pomyśleć życzenie. Naukowcy nie mogą zagwarantować spełnienia marzeń, jednak zespół astronomów wdział już jak sen staje się jawą! 12-go maja 2002 roku mieli szczęście zarejestrować spektrum jasnego meteoru, który – przez czysty przypadek i wbrew rozsądkowi – przeleciał przez wąską szczelinę pola widzenia aparatury FORS1 zainstalowanej na należącym do ESO Very Large Telescope.

W czasie tego niezwykłego wydarzenia teleskop wykonywał serię 20-minutowych spektroskopowych ekspozycji supernowej w odległej galaktyce w celu ustalenia ograniczeń ilości ciemnej energii we Wszechświecie. Dzięki silnemu powiększeniu i doskonałej zdolności zbierania światła, VLT zarejestrował spektrum śladu meteoru prostopadłego do jego drogi na jednej z tych ekspozycji.

„Naprawdę – trafiliśmy w dziesiątkę,” cieszył się astronom z ESO – Emmanuel Jehin: „Szanse, że meteor przeleci dokładnie w wąskim polu widzenia spektrografu FORS1 są niemal takie, jak zgarnięcia całej puli w kumulacji lotka.”

Widma meteorów były już okazjonalnie (i przypadkowo) rejestrowane przy okazji badań fotograficznych widm gwiazd. Ale ten spektrogram jest prawdopodobnie jedynym widmem meteoru wykonanym przy pomocy tak dużego teleskopu i nowoczesnego spektrografu. Spektrogram obejmuje zakres długości fali od 637 do 1050 nm, zdominowany jest przez widma emisyjne atomów i cząsteczek znajdujących się w powietrzu na ścieżce meteoru i daje pogląd na to, jak wyglądają procesy związane z kolizją meteroidu z atmosferą.

Szybki ruch meteoru po sferze niebieskiej zaowocował niezwykle krótką ekspozycją, kiedy przekraczał wąską szczelinę spektrografu – tylko 1/50 milisekundy! – i pomimo relatywnej jasności meteoru, tylko dzięki potężnej umiejętności zbierania światła VLT cokolwiek zostało zarejestrowane. Jasność meteoru oszacowano na -8 magnitudo, czyli był niemal tak jasny jak Księżyc w pierwszej kwadrze.

Niemożliwym jest ustalenie, do którego deszczu meteor ten należy, możliwym kandydatem jest majowy rój mający radiant w Wężowniku, meteory pojawiają się na wschód od jasnej gwiazdy Antares. Deszcz ten obejmuje jeden, dwa meteory na godzinę, ale był jednym z silniejszych deszczy meteorów tej nocy.

„Początkowo jasny ślad na przecinający widmo supernowej był zagadką, ale potem zdałem sobie sprawę, z tego, że spektroskopiczny ślad świadczy o bombardowaniu naszej atmosfery,” oświadczył Remi Cabanac astronom z Catholic University w Santiago w Chile. „Zrobiliśmy rozeznanie, żeby sprawdzić czy inni w kraju tez widzieli meteor, ale zdaje się, że zaobserwowano go tylko z VLT, może nie jest to szczególnie zaskakujące – Parnal umiejscowiony pośrodku pustyni.” Pechowo dla astronomów, obejmująca całe niebo kamera MASCOT jeszcze nie działała w tym czasie.

ESO

Zdjęcie przedstawia ślad meteoru sfotografowanego przez kamerkę Mini All-Sky Cloud Observation Tool (MASCOT) w należącym do ESO Paranal Observatory. Głównym przeznaczeniem MASCOT jest monitorowanie chmur nad Parnal, ale od czasu do czasu rejestruje takie zjawiska jak deszcze meteorów. To zdjęcie, wykonane przy użyciu MASCOT 25 sierpnia 2002, obrazuje ślad meteoru. (Niestety nie jest to wspominany meteor, którego spektrum osiągnięto.) W środku zdjęcia ładnie widoczna jest Droga Mleczna.

Przy pomocy spektrografu na VLT udało się otrzymać dobrze skalibrowane spektrum, wykazując przydatność tego sprzętu również do takich badań. Widmo emisyjne meteoru ma swoje źródło w kolizjach między cząsteczkami powietrza, rozpędzonymi do niesamowitych prędkości przez początkową kolizję z meteoroidem.

Bliższe badania spektrum wykazały istnienie około 20 interesujących pasm emisyjnych pochodzących od tlenu, azotu i azotanów. Proporcje emisji z atomów i cząsteczek mogą służyć za rodzaj „termometru” do pomiaru stanu gazu rozgrzanego zderzeniem meteroidu z atmosferą, dzięki laboratoryjnemu modelowaniu meteorów, które pomogło w skalibrowaniu danych z VLT.

„Ku naszemu zaskoczeniu ślad meteoru okazał się być szerszy niż przewidywaliśmy i w pomiarze ciepła meteoru pojawiły się nieregularności – temperatura osiąga wartości od 4570 do 4650 stopni na całej długości śladu,” stwierdził specjalista od meteorów, Peter Jenniskens z SETI Institute, który zajmował się badaniem spektrum razem z Christophem Laux z Ecole Centrale (z Paryża) i Iainem Boydem z University of Michigan w Ann Arbor (w USA). „Dopiero później zdaliśmy sobie sprawę, że miało to związek z faktem, że ślad meteoru był poza ogniskiem teleskopu, pomimo, że znajdował się na wysokości 100 km!”

VLT skupia się na nieskończoności, co jest doskonałym rozwiązaniem dla większości obiektów, które zazwyczaj obserwuje. Ale nie dla meteoroidów wkraczających w atmosferę ponad Parnal. Punkt w odległości 100 km będzie widoczny jako małe kółko o średnicy 15 sekund kontowych na płaszczyźnie ogniskowej VLT. To odpowiada ledwie połowie średnicy Marsa w czasie jego najlepszej widoczności na wieczornym niebie! Podobny efekt osiąga się próbując sfotografować kogoś na tle gór. Jeśli niewprawnie nastawi się ostrość aparatu na góry, to ludzie na zdjęciu wyglądają niewyraźnie. Można to ująć innymi słowy: VLT nie jest w stanie oglądać statków przepływających Pacyfik, mijających teleskop w odległości ledwie 12 km!

Spektrogram meteoru dostarczył również pierwszego obrazu takiego obiektu w paśmie bliskim podczerwieni pomiędzy długościami fali 900 i 1050 nm. Ten rejon widmowy zawiera relatywnie silne linie atomowego węgla, ale żadne z nich nie zostały wykryte.

„Obliczyliśmy, że linie te powinny być widoczne, jeśli cały dwutlenek węgla na trasie przelotu meteoru byłby rozbity na atomy węgla i tlenu,” powiedział Jenniskens, „ale one sobie były demonstracyjnie wręcz nieobecne.” Dokonane obserwacje są istotne, ponieważ dają nowy pogląd na efekty reakcji chemicznych powodowanych przez meteory, zachodzących w atmosferze Ziemi w czasach, kiedy powstawało życie.