20 просмотров

Система НАСА для мониторинга столкновений с астероидами следующего поколения выходит в онлайн

Иллюстрация, показывающая круговые орбиты 2200 потенциально опасных объектов вокруг Солнца. Меркурий, Венера, Земля, Марс и Дидимос выделены.

На этой диаграмме показаны орбиты 2200 потенциально опасных объектов, рассчитанные Центром изучения объектов, сближающихся с Землей (CNEOS) Лаборатории реактивного движения. Выделена орбита двойного астероида Didymos, цели миссии NASA Double Asteroid Redirect Test (DART).

Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Новая система улучшает возможности Центра изучения объектов, сближающихся с Землей, NASA JPL для оценки риска столкновения с астероидами, которые могут приблизиться к нашей планете.

На сегодняшний день почти 28 000 околоземных астероидов (АСЗ) были обнаружены с помощью обзорных телескопов, которые постоянно сканируют ночное небо, добавляя новые открытия со скоростью около 3000 в год. Но по мере того, как более крупные и продвинутые обзорные телескопы ускорят поиск в течение следующих нескольких лет, ожидается быстрый всплеск открытий.В ожидании этого увеличения астрономы НАСА разработали алгоритм мониторинга столкновений следующего поколения под названием Sentry-II, чтобы лучше оценивать вероятность столкновений с АСЗ.

Популярная культура часто изображает астероиды как хаотические объекты, которые беспорядочно летают вокруг нашей Солнечной системы, непредсказуемо меняя курс и угрожая нашей планете без предупреждения. Это не реальность. Астероиды — чрезвычайно предсказуемые небесные тела, которые подчиняются законам физики и следуют известным орбитальным траекториям вокруг Солнца.

Но иногда эти пути могут проходить очень близко к будущему положению Земли, и из-за небольшой неопределенности в положениях астероидов невозможно полностью исключить будущее столкновение с Землей. Поэтому астрономы используют сложное программное обеспечение для мониторинга столкновений, чтобы автоматически рассчитать риск столкновения.

Статья в тему:  Как найти астероиды galacticraft

Получить последние новости JPL

Центр исследований объектов, сближающихся с Землей (CNEOS), управляемый Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, рассчитывает каждую известную орбиту СВА, чтобы улучшить оценку опасности столкновения при поддержке Координационного бюро планетарной защиты НАСА (PDCO). CNEOS отслеживала риск столкновения с NEA с помощью программного обеспечения Sentry, разработанного JPL в 2002 году.

«Первая версия Sentry была очень мощной системой, которая проработала почти 20 лет», — сказал Хавьер Роа Висенс, который руководил разработкой Sentry-II, работая в JPL инженером-навигатором и недавно перейдя в SpaceX. «Это было основано на очень умной математике: менее чем за час вы могли бы надежно рассчитать вероятность столкновения с недавно открытым астероидом в течение следующих 100 лет — невероятный подвиг».

Но с Sentry-II у НАСА есть инструмент, который может быстро рассчитать вероятность столкновения для всех известных АСЗ, включая некоторые особые случаи, не захваченные исходным Sentry. Sentry-II сообщает об объектах наибольшего риска в CNEOS Sentry Table.

Систематически рассчитывая вероятность столкновения этим новым способом, исследователи сделали систему мониторинга столкновений более надежной, что позволило НАСА уверенно оценивать все потенциальные столкновения с вероятностью всего несколько шансов на 10 миллионов.

Особые случаи

Когда астероид путешествует по Солнечной системе, гравитационное притяжение Солнца диктует путь его орбиты, и гравитация планет также предсказуемо влияет на его траекторию. Sentry с высокой точностью смоделировал, как эти гравитационные силы формируют орбиту астероида, помогая предсказать, где он окажется в далеком будущем. Но он не мог объяснить негравитационные силы, наиболее значительными из которых были тепловые силы, вызванные солнечным теплом.

Статья в тему:  Кто играл в астероиды в пикселях

Когда астероид вращается, солнечный свет нагревает дневную сторону объекта. Затем нагретая поверхность повернется к затененной ночной стороне астероида и остынет. Инфракрасная энергия высвобождается по мере того, как он охлаждается, создавая крошечную, но постоянную тягу астероида. Это явление известно как эффект Ярковского, который мало влияет на движение астероида в течение коротких промежутков времени, но может существенно изменить его траекторию в течение десятилетий и столетий.

Это видео объясняет, как орбита астероида Бенну вокруг Солнца была определена с учетом гравитационных и негравитационных сил, помогая ученым понять, как траектория астероида будет меняться с течением времени.

Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.

«Тот факт, что Sentry не мог автоматически справиться с эффектом Ярковского, был ограничением», — сказал Давиде Фарноччиа, инженер-навигатор из JPL, который также участвовал в разработке Sentry-II. «Каждый раз, когда мы сталкивались с особым случаем — например, с астероидами Апофис, Бенну или 1950 DA — нам приходилось проводить сложный и трудоемкий ручной анализ. С Sentry-II нам больше не нужно этого делать».

Еще одна проблема с исходным алгоритмом Sentry заключалась в том, что иногда он не мог точно предсказать вероятность столкновения с астероидами, которые проходят очень близкие столкновения с Землей.Движение этих АСЗ значительно отклоняется гравитацией нашей планеты, и неопределенность орбиты после встречи может резко возрасти. В таких случаях расчеты старого Sentry могли дать сбой, что требовало ручного вмешательства. Sentry-II не имеет такого ограничения.

Статья в тему:  Как перенаправить астероиды

«С точки зрения чисел, особые случаи, которые мы находили, составляли очень малую часть всех NEA, для которых мы рассчитывали вероятность воздействия», — сказал Роа Висенс. «Но мы обнаружим еще много таких особых случаев, когда запланированная НАСА миссия NEO Surveyor и обсерватория Веры С. Рубин в Чили будут подключены к сети, поэтому мы должны быть готовы».

Много иголок, один стог сена

Вот как рассчитывается вероятность столкновения: когда телескопы отслеживают новый АСЗ, астрономы измеряют наблюдаемые позиции астероида в небе и сообщают о них в Центр малых планет. Затем CNEOS использует эти данные для определения наиболее вероятной орбиты астероида вокруг Солнца. Но из-за небольшой неопределенности в наблюдаемом положении астероида его «наиболее вероятная орбита» может не отражать его истинную орбиту. Истинная орбита находится где-то внутри области неопределенности, подобно облаку возможностей, окружающему наиболее вероятную орбиту.

Чтобы оценить, возможно ли столкновение, и определить, где может быть истинная орбита, оригинальный Sentry сделает некоторые предположения относительно того, как может развиваться область неопределенности. Затем он выберет набор равномерно расположенных точек вдоль линии, охватывающей область неопределенности. Каждая точка представляла немного другое возможное текущее местоположение астероида.

Затем Сентри переводил часы вперед, наблюдал за тем, как эти «виртуальные астероиды» вращаются вокруг Солнца, и смотрел, приблизится ли какой-нибудь из них к Земле в будущем. Если это так, потребуются дальнейшие расчеты, чтобы «приблизить масштаб», чтобы увидеть, могут ли какие-либо промежуточные точки столкнуться с Землей, и если да, то оценить вероятность столкновения.

Статья в тему:  Каковы основные структуры во Вселенной

Эта анимация показывает пример того, как неопределенности на орбите околоземного астероида могут меняться со временем.После близкого столкновения такого астероида с Землей область неопределенности становится больше, что затрудняет оценку возможности будущих столкновений.

Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

У Sentry-II другая философия. Новый алгоритм моделирует тысячи случайных точек, не ограниченных какими-либо предположениями о том, как может развиваться область неопределенности; вместо этого он выбирает случайные точки во всей области неопределенности. Затем алгоритм Sentry-II спрашивает: каковы возможные орбиты внутри весь область неопределенности, которая может поразить Землю?

Таким образом, расчеты определения орбиты не формируются заранее определенными предположениями о том, какие части области неопределенности могут привести к возможному столкновению. Это позволяет Sentry-II сосредоточиться на других сценариях воздействия с очень низкой вероятностью, некоторые из которых Sentry мог пропустить.

Фарноккиа сравнивает этот процесс с поиском иголок в стоге сена: иголки — это возможные сценарии воздействия, а стог сена — это область неопределенности. Чем больше неопределенности в положении астероида, тем больше стог сена. Часовой тысячи раз беспорядочно тыкал в стог сена в поисках иголок, расположенных рядом с единственной линией, проходящей через стог сена. Предполагалось, что следование по этой линии было лучшим способом поиска иголок. Но Sentry-II не принимает никакой линии и вместо этого разбрасывает тысячи крошечных магнитов по всему стогу сена, которые быстро притягиваются, а затем находят ближайшие иголки.

Статья в тему:  Как можно использовать астероиды в качестве топлива

«Sentry-II — это фантастическое достижение в поиске крошечных вероятностей столкновения для огромного количества сценариев», — сказал Стив Чесли, старший научный сотрудник JPL, руководивший разработкой Sentry и сотрудничавший с Sentry-II. «Когда последствия будущего столкновения с астероидом настолько велики, стоит найти даже самый маленький риск столкновения, скрывающийся в данных».

Исследование, описывающее Sentry-II, было опубликовано в Astronomical Journal 1 декабря 2021 года.

Дополнительную информацию о CNEOS, астероидах и объектах, сближающихся с Землей, можно найти по адресу:

Для получения дополнительной информации о PDCO посетите:

Чтобы получать новости и обновления об астероидах и кометах, следите за @AsteroidWatch в Твиттере.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x