Астероиды-убийцы прячутся у всех на виду. Новый инструмент помогает их обнаружить.

Новые подходы

Исследователи создали алгоритм, который может сканировать старые астрономические снимки на предмет незамеченных космических камней, помогая обнаружить объекты, которые в один прекрасный день могут угрожать Земле.

Эд Лу хочет спасти Землю от астероидов-убийц.

Или, по крайней мере, если на нашем пути появится большой космический камень, доктор Лу, бывший астронавт НАСА со степенью доктора прикладной физики, хочет обнаружить его до того, как он врежется в нас - надеюсь, за несколько лет до этого и с возможностью для человечества отклонить его.

Во вторник Фонд B612, некоммерческая группа, которую помог основать доктор Лу, объявил об обнаружении более 100 астероидов. (Название фонда - это отсылка к детской книге Антуана де Сент-Экзюпери "Маленький принц"; B612 - это родной астероид главного героя).

Само по себе это ничем не примечательно. Наблюдатели по всему миру постоянно сообщают о новых астероидах. Это и любители с телескопами на заднем дворе, и роботы, систематически сканирующие ночное небо.

Примечательно то, что B612 не построил новый телескоп и даже не провел новых наблюдений с помощью существующих телескопов. Вместо этого исследователи, финансируемые B612, применили передовые вычислительные возможности к снимкам многолетней давности - 412 000 из них хранятся в цифровом архиве Национальной лаборатории оптико-инфракрасных астрономических исследований, или NOIRLab, - чтобы отсеять астероиды из 68 миллиардов точек космического света, запечатленных на снимках.

"Это современный способ астрономических исследований", - сказал доктор Лу.

Исследование дополняет усилия по "планетарной защите", предпринимаемые НАСА и другими организациями по всему миру.

На сегодняшний день из примерно 25 000 околоземных астероидов диаметром не менее 460 футов обнаружено лишь около 40 процентов. Остальные 60 процентов - около 15 000 космических камней, каждый из которых при столкновении с Землей может высвободить энергию, эквивалентную сотням миллионов тонн тротила, - остаются необнаруженными.

B612 сотрудничал с Йоахимом Мойенсом, аспирантом Вашингтонского университета, и его научным руководителем, профессором астрономии Марио Юричем. Они вместе с коллегами из Института интенсивных исследований данных в астрофизике и космологии университета разработали алгоритм, который способен изучать астрономические снимки не только для того, чтобы определить те точки света, которые могут быть астероидами, но и выяснить, какие точки света на снимках, сделанных в разные ночи, на самом деле являются одним и тем же астероидом.

Продолжение исследований

По сути, исследователи разработали способ обнаружить то, что уже видели, но не заметили.

Как правило, астероиды обнаруживаются, когда один и тот же участок неба фотографируется несколько раз в течение одной ночи. Участок ночного неба содержит множество точек света. Далекие звезды и галактики расположены одинаково. Но объекты, находящиеся гораздо ближе, в пределах Солнечной системы, быстро перемещаются, и их положение меняется в течение ночи.

Астрономы называют серию наблюдений одного движущегося объекта в течение одной ночи "треклетом". Треклет дает представление о движении объекта, указывая астрономам, где его можно искать в другую ночь. Они также могут искать тот же объект на более старых снимках.

Многие астрономические наблюдения, не являющиеся частью систематических поисков астероидов, неизбежно фиксируют астероиды, но только в одно время и в одном месте, а не в нескольких наблюдениях, необходимых для составления треклетов.

Изображения NOIRLab, например, в основном были получены 4-метровым телескопом Виктора М. Бланко в Чили в рамках исследования почти одной восьмой части ночного неба для составления карты распределения галактик во Вселенной.

Дополнительные пятна света были проигнорированы, поскольку они не являлись тем, что изучали астрономы. "Это просто случайные данные на случайных снимках неба", - говорит д-р Лу.

Но для г-на Мойенса и д-ра Юрика единственная точка света, которая не является звездой или галактикой, - это отправная точка для их алгоритма, который они назвали Tracklet-less Heliocentric Orbit Recovery, или THOR.

Движение астероида в точности диктуется законом гравитации. THOR строит тестовую орбиту, соответствующую наблюдаемой точке света, предполагая определенное расстояние и скорость. Затем он рассчитывает, где будет находиться астероид в последующие и предыдущие ночи. Если в данных появляется точка света, это может быть тот же самый астероид. Если алгоритм может связать вместе пять или шесть наблюдений в течение нескольких недель, это многообещающий кандидат на открытие астероида.

В принципе, существует бесконечное число возможных орбит, которые можно исследовать, но для этого потребуется непрактичная вечность. На практике, поскольку астероиды группируются вокруг определенных орбит, алгоритму необходимо рассмотреть всего несколько тысяч тщательно отобранных возможностей.

Тем не менее, расчет тысяч пробных орбит для тысяч потенциальных астероидов - это огромная задача, требующая больших затрат цифр. Но появление облачных вычислений - огромных вычислительных мощностей и хранилищ данных, распределенных по интернету, - делает эту задачу выполнимой. Компания Google предоставила для этой работы время на своей платформе Google Cloud.

"Это одно из самых крутых приложений, которые я видел", - сказал Скотт Пенберти, директор по прикладному искусственному интеллекту в Google.

На данный момент ученые просеяли примерно одну восьмую часть данных одного месяца, сентября 2013 года, из архива NOIRLab. THOR выдал 1 354 возможных астероида. Многие из них уже были в каталоге астероидов, который ведет Центр малых планет Международного астрономического союза. Некоторые из них наблюдались ранее, но только в течение одной ночи, и треклет был недостаточен для уверенного определения орбиты.

На данный момент Центр малых планет подтвердил 104 объекта как новые открытия. Архив NOIRLab содержит данные за семь лет, что позволяет предположить, что еще десятки тысяч астероидов ждут своего часа.

"Я думаю, это потрясающе", - сказал Мэтью Пейн, директор Центра малых планет, который не принимал участия в разработке THOR. "Я думаю, что это очень интересно, и это также позволяет нам эффективно использовать архивные данные, которые уже существуют".

В настоящее время алгоритм настроен только на поиск астероидов главного пояса - тех, орбиты которых проходят между Марсом и Юпитером, но не околоземных астероидов - тех, которые могут столкнуться с нашей планетой. Идентифицировать околоземные астероиды сложнее, поскольку они движутся быстрее. Различные наблюдения за одним и тем же астероидом могут быть разнесены по времени и расстоянию, и алгоритму необходимо произвести больше вычислений, чтобы установить связь.

"Это определенно будет работать", - сказал г-н Мойенс. "Нет причин, почему это не может произойти. Просто у меня еще не было возможности попробовать".

THOR не только способен обнаружить новые астероиды в старых данных, но и может изменить будущие наблюдения. Возьмем, к примеру, обсерваторию Веры К. Рубин, ранее известную как Большой синоптический обзорный телескоп, которая в настоящее время строится в Чили.

Разные миссии

Финансируемая Национальным научным фондом, обсерватория Рубин представляет собой 8,4-метровый телескоп, который будет многократно сканировать ночное небо, чтобы проследить, что меняется со временем.

Частью миссии обсерватории является изучение крупномасштабной структуры Вселенной и обнаружение далеких взрывов звезд, известных как сверхновые. Ближе к дому она также будет наблюдать за множеством тел меньшего размера, чем планета, вращающихся вокруг Солнечной системы.

Несколько лет назад некоторые ученые предположили, что схемы наблюдения телескопа Рубина могут быть скорректированы таким образом, чтобы он мог определять больше астероидных треклетов и таким образом быстрее находить больше опасных, еще не открытых астероидов. Но это изменение замедлило бы другие астрономические исследования.

Если алгоритм THOR будет хорошо работать с данными Рубина, то телескопу не нужно будет дважды за ночь сканировать один и тот же участок неба, что позволит ему охватить вдвое большую площадь.

"В принципе, это может стать революционным или, по крайней мере, очень важным", - сказал Желько Ивезич, директор телескопа и автор научной статьи, в которой описывается THOR и проводится его тестирование на основе наблюдений.

Если телескоп сможет возвращаться в одну и ту же точку неба каждые две ночи, а не каждые четыре, это может принести пользу другим исследованиям, в том числе поиску сверхновых.

"Это было бы еще одним результатом работы алгоритма, который даже не связан с астероидами", - сказал доктор Ивезич. "Это наглядно показывает, как меняется ландшафт. Экосистема науки меняется, потому что программное обеспечение теперь может делать вещи, о которых 20-30 лет назад вы даже не мечтали и не думали".

Для доктора Лу THOR предлагает другой способ достижения тех же целей, которые он ставил перед собой десять лет назад.

Тогда B612 был нацелен на амбициозный и гораздо более дорогостоящий проект. Некоммерческая организация собиралась построить, запустить и эксплуатировать свой собственный космический телескоп под названием Sentinel.

В то время доктор Лу и другие руководители B612 были разочарованы медленными темпами поиска опасных космических камней. В 2005 году Конгресс принял решение о том, что к 2020 году НАСА должно обнаружить и отследить 90 процентов околоземных астероидов диаметром 460 футов и более. Но законодатели так и не выделили НАСА денег, необходимых для выполнения этой задачи, и к установленному сроку было обнаружено менее половины астероидов.

Собрать 450 миллионов долларов от частных доноров для финансирования проекта Sentinel было для B612 непросто, особенно потому, что НАСА рассматривало возможность создания собственного космического телескопа для поиска астероидов.

Когда Национальный научный фонд дал добро на строительство обсерватории Рубина, B612 пересмотрела свои планы. Мы могли быстро перестроиться и сказать: "Какой другой подход к решению проблемы, для решения которой мы существуем?"". сказал доктор Лу.

Обсерватория Рубина должна провести первые пробные наблюдения примерно через год, а вступить в строй примерно через два года. По словам д-ра Ивезича, десять лет наблюдений Рубина вместе с другими поисками астероидов могут, наконец, достичь цели Конгресса в 90 процентов.

НАСА также ускоряет свои усилия по планетарной защите. Телескоп для поиска астероидов под названием NEO Surveyor находится на стадии предварительного проектирования и должен быть запущен в 2026 году.

А позднее в этом году в рамках миссии Double Asteroid Redirection Test будет запущен снаряд в небольшой астероид и измерено, насколько сильно это изменит траекторию астероида. Китайское национальное космическое агентство работает над аналогичной миссией.

Для B612, вместо того, чтобы бороться с проектом телескопа стоимостью почти полмиллиарда долларов, он может внести свой вклад в менее дорогостоящие исследования, такие как THOR. На прошлой неделе фонд объявил о получении 1,3 миллиона долларов на финансирование дальнейшей работы над облачными вычислительными инструментами для изучения астероидов. Фонд также получил грант от Tito's Handmade Vodka, который будет соответствовать до 1 миллиона долларов от других доноров.

B612 и доктор Лу теперь не просто пытаются спасти мир. "Мы - ответ на пустяковый вопрос о том, как водка связана с астероидами", - сказал он.

Источник