Ед Лу хоче врятувати Землю від астероїдів-вбивць.
Або, принаймні, якщо на нашому шляху пробивається велика космічна скеля, доктор Лу, колишній астронавт NASA з доктором прикладної фізики, хоче знайти його, перш ніж він натрапить на нас — сподіваюся, з роками попереднього попередження та шансом для людства щоб відхилити його .
У вівторок B612 Foundation, некомерційна група, яку допоміг створити доктор Лу, оголосила про відкриття понад 100 астероїдів. (Назва фонду є нагадуванням дитячої книги Антуана де Сент-Екзюпері «Маленький принц»; B612 — це рідний астероїд головного героя.)
Це само по собі нічим не примітно. Спостерігачі з усього світу постійно повідомляють про нові астероїди. Сюди входять аматори з телескопами на задньому дворі та роботизованими знімками, які систематично сканують нічне небо.
Примітно те, що B612 не будував новий телескоп і навіть не проводив нових спостережень за допомогою існуючих телескопів. Натомість дослідники, фінансовані B612, застосували передову обчислювальну потужність до багаторічних зображень — 412 000 з них у цифрових архівах Національної оптично-інфрачервоної астрономічної дослідницької лабораторії або NOIRLab — щоб відсіяти астероїди з 68 мільярдів точок космічного світла. відображені на знімках.
«Це сучасний спосіб займатися астрономією », – сказав доктор Лу.
Дослідження доповнює зусилля НАСА та інших організацій по всьому світу, спрямованих на «планетарний захист».
Сьогодні з приблизно 25 000 близькоземних астероїдів діаметром не менше 460 футів знайдено лише близько 40 відсотків з них. Інші 60 відсотків — близько 15 000 космічних порід, кожна з яких може вивільнити енергію, еквівалентну сотням мільйонів тонн тротилу при зіткненні з Землею, — залишаються непоміченими.
B612 співпрацював з Йоахімом Моєйенсом, аспірантом Вашингтонського університету, і його докторантом Маріо Юріком, професором астрономії. Вони та колеги з Інституту інтенсивних досліджень астрофізики та космології університету розробили алгоритм, який здатний досліджувати астрономічні зображення не лише для визначення тих точок світла, які можуть бути астероїдами, а й з’ясувати, які точки світла на знімках, зроблених різні ночі насправді один і той же астероїд.
По суті, дослідники розробили спосіб виявити те, що вже бачили, але не помічали.
Зазвичай астероїди виявляють, коли ту саму частину неба фотографують кілька разів протягом однієї ночі. Смуга нічного неба містить безліч точок світла. Далекі зірки і галактики залишаються в тому самому розташуванні. Але об’єкти, які знаходяться набагато ближче, всередині Сонячної системи, рухаються швидко, і їх положення змінюються протягом ночі.
Астрономи називають серію спостережень за одним рухомим об’єктом протягом однієї ночі «треклетом». Доріжка вказує на рух об’єкта, вказуючи астрономам туди, де вони могли б шукати його іншої ночі. Вони також можуть шукати старі зображення для того самого об’єкта.
Багато астрономічних спостережень, які не є частиною систематичного пошуку астероїдів, неминуче фіксують астероїди, але лише в один час і в одному місці, а не багаторазові спостереження, необхідні для складання слідів.
Зображення NOIRLab, наприклад, в основному були зроблені 4-метровим телескопом Віктора М. Бланко в Чилі в рамках огляду майже однієї восьмої частини нічного неба для картографування розподілу галактик у Всесвіті.
Додаткові частинки світла були проігноровані, тому що вони не були тим, що вивчали астрономи. «Це просто випадкові дані на випадкових зображеннях неба», – сказав доктор Лу.
Але для пана Моєйенса та доктора Юріка єдина точка світла, яка не є зіркою чи галактикою, є відправною точкою для їхнього алгоритму, який вони назвали «Trackletless Heliocentric Orbit Recovery» або THOR.
Рух астероїда точно диктується законом тяжіння. THOR будує пробну орбіту, яка відповідає спостережуваній точці світла, припускаючи певну відстань і швидкість. Потім він обчислює, де буде астероїд у наступні та попередні ночі. Якщо в даних з’являється точка світла, це може бути той самий астероїд. Якщо алгоритм може об’єднати п’ять або шість спостережень за кілька тижнів, це є багатообіцяючим кандидатом на відкриття астероїда.
В принципі, існує нескінченна кількість можливих тестових орбіт для вивчення, але для обчислення цього знадобиться непрактична вічність. На практиці, оскільки астероїди групуються навколо певних орбіт, алгоритм повинен враховувати лише кілька тисяч ретельно підібраних можливостей.
І все-таки обчислення тисяч випробувальних орбіт для тисяч потенційних астероїдів є величезним завданням, що визначить кількість. Але поява хмарних обчислень — величезної обчислювальної потужності та зберігання даних, розподілених через Інтернет — робить це можливим. Google вклав час на свою платформу Google Cloud для цього.
«Це одне з найкрутіших додатків, які я бачив», — сказав Скотт Пенберті, директор з прикладного штучного інтелекту в Google.
Наразі вчені відібрали приблизно одну восьму даних за один місяць, вересень 2013 року, з архівів NOIRLab. THOR створив 1354 можливі астероїди. Багато з них вже були в каталозі астероїдів, який веде Центр малих планет Міжнародного астрономічного союзу. Деякі з них спостерігалися і раніше, але лише протягом однієї ночі, і сліду було недостатньо для впевненого визначення орбіти.
Центр малих планет підтвердив 104 об’єкти як нові відкриття. Архів NOIRLab містить дані за сім років, які свідчать про те, що десятки тисяч астероїдів чекають на своє виявлення.
«Я думаю, що це приголомшливо » , – сказав Метью Пейн, директор Центру малих планет, який не брав участі в розробці THOR. «Я думаю, що це надзвичайно цікаво, і це також дозволяє нам добре використовувати архівні дані, які вже існують ».
Наразі алгоритм налаштований так, щоб знаходити лише астероїди головного поясу, орбіти між Марсом і Юпітером, а не навколоземні астероїди, які можуть зіткнутися з нашою планетою. Ідентифікувати навколоземні астероїди складніше, оскільки вони рухаються швидше. Різні спостереження за одним і тим же астероїдом можуть бути розділені далі в часі та відстані, і алгоритму потрібно виконати більше число хрустів, щоб встановити зв’язки.
«Це точно спрацює», – сказав пан Моєйенс. «Немає причин, чому це не можна. У мене просто не було можливості спробувати».
THOR не тільки має здатність відкривати нові астероїди за старими даними, але також може змінити майбутні спостереження. Візьмемо, наприклад, обсерваторію Віри К. Рубін , раніше відому як Великий синоптичний оглядовий телескоп, який зараз будується в Чилі.
Алгоритм, відомий як відновлення геліоцентричної орбіти без треклетів, або THOR, шукає астероїди, переглядаючи спостереження з точки зору об’єкта, який рухається вздовж гіпотетичної «тестової орбіти». Якщо розглядати так, раніше приховані поблизу астероїди стають легко впізнаваними як майже прямі лінії. Інститут DiRAC Вашингтонського університету/Інститут астероїдів B612
Обсерваторія Рубіна, яка фінансується Національним науковим фондом, є 8,4-метровим телескопом, який буде багаторазово сканувати нічне небо, щоб відстежувати, що змінюється з часом.
Частиною місії обсерваторії є вивчення великомасштабної структури Всесвіту та виявлення далеких зірок, які вибухають, також відомих як наднові. Ближче до дому він також помітить безліч тіл, менших за планету, що кружляють навколо Сонячної системи.
Кілька років тому деякі вчені припустили, що моделі спостережень телескопа Рубін можна відкоригувати, щоб він міг ідентифікувати більше слідів астероїдів і, таким чином, швидше знаходити більше небезпечних, поки ще не відкритих астероїдів. Але ця зміна сповільнила б інші астрономічні дослідження.
Якщо алгоритм THOR добре працює з даними Рубіна, то телескопу не потрібно буде сканувати ту саму частину неба двічі за ніч, дозволяючи замість цього охопити вдвічі більшу площу.
«Це в принципі може бути революційним або, принаймні, дуже важливим», – сказав Желько Івезіч, директор телескопа і автор наукової роботи, яка описувала THOR та перевіряла його на основі спостережень.
Якби телескоп міг повертатися в одне і те ж місце на небі кожні дві ночі, а не кожні чотири, це могло б принести користь іншим дослідженням, включаючи пошук наднових.
«Це був би ще один вплив алгоритму, який навіть не має відношення до астероїдів», – сказав доктор Івезич. «Це добре показує, як змінюється ландшафт. Екосистема науки змінюється, тому що зараз програмне забезпечення може робити те, про що 20, 30 років тому ви навіть не мріяли, про що навіть не думали ».
Для доктора Лу THOR пропонує інший спосіб досягнення тих же цілей, які він мав десять років тому.
Тоді B612 мав на меті амбітний і набагато дорожчий проект. Некомерційна організація збиралася побудувати, запустити та експлуатувати власний космічний телескоп під назвою Sentinel.
У той час доктор Лу та інші лідери B612 були розчаровані повільними темпами пошуку небезпечних космічних порід. У 2005 році Конгрес ухвалив мандат NASA на пошук і відстеження 90 відсотків навколоземних астероїдів з діаметром 460 футів або більше до 2020 року. Але законодавці ніколи не надали NASA грошей, необхідних для виконання завдання, і термін минув менше ніж половина знайдених астероїдів.
Зібрати 450 мільйонів доларів від приватних донорів для підтримки Sentinel для B612 було важко, особливо тому, що NASA розглядало можливість власного космічного телескопа для пошуку астероїдів.
Коли Національний науковий фонд дав дозвіл на будівництво обсерваторії Рубін, B612 переоцінив свої плани. «Ми могли б швидко повернутись і сказати: «Який інший підхід до вирішення проблеми, для вирішення якої ми існуємо?»», — сказав д-р Лу.
Обсерваторія Рубін проведе свої перші тестові спостереження приблизно через рік і запрацює приблизно через два роки. Десять років спостережень Рубіна разом з іншими пошуками астероїдів могли б нарешті досягти 90-відсоткової мети Конгресу, сказав доктор Івезич.
NASA також прискорює свої зусилля щодо планетарного захисту. Його астероїдний телескоп під назвою NEO Surveyor знаходиться на стадії попереднього проектування, запуск якого планується на 2026 рік.
А пізніше цього року його місія подвійного перенаправлення астероїда вдарить снаряд у маленький астероїд і вимірює, наскільки це змінить траєкторію астероїда. Китайське національне космічне агентство працює над подібною місією.
Для B612 замість того, щоб сперечатися з проектом телескопа вартістю майже півмільярда доларів, він може сприяти менш дорогим дослідницьким роботам, таким як THOR. Минулого тижня вона оголосила, що отримала $1,3 мільйона подарунків для фінансування подальшої роботи над хмарними обчислювальними інструментами для науки про астероїди. Фонд також отримав грант від Tito’s Handmade Gorka, на суму до 1 мільйона доларів від інших донорів.
B612 і доктор Лу тепер не просто намагаються врятувати світ. «Ми є відповіддю на цікаве питання про те, як горілка пов’язана з астероїдами». він сказав.