Tödliche Asteroiden, die sich vor aller Augen verstecken. Ein neues Tool hilft bei ihrer Entdeckung.

Ed Law will die Erde vor tödlichen Asteroiden retten.

Oder zumindest, wenn ein großer Weltraumfelsen auf uns zukommt, will Dr. Lu, ein ehemaliger NASA-Astronaut mit einem Doktortitel in angewandter Physik, ihn finden, bevor er uns trifft – hoffentlich mit jahrelanger Vorwarnung und einer Chance damit die Menschheit es einlösen kann. .

Am Dienstag gab die B612 Foundation, eine gemeinnützige Gruppe, an deren Gründung Dr. Lu beteiligt war, die Entdeckung von mehr als 100 Asteroiden bekannt. (Der Name der Institution bezieht sich auf das Kinderbuch „Der kleine Prinz“ von Antoine de Saint-Exupery; B612 ist der wichtigste Asteroid der Figur.)

Dies ist an sich nicht wahrnehmbar. Himmelsbeobachter auf der ganzen Welt melden ständig neue Asteroiden. Dazu gehören Bastler mit Hinterhofteleskopen und Robotervermessungen, die den Nachthimmel systematisch vermessen.

Bemerkenswerterweise baute B612 kein neues Teleskop und führte auch keine neuen Beobachtungen mit bestehenden Teleskopen durch. Stattdessen wendeten die von B612 finanzierten Forscher ausgeklügelte Rechenfähigkeiten auf Jahre alte Bilder an – 412.000 davon in den Digital Archives des National Infrared Optical Astronomy Research Laboratory oder NOIRLab – um die Asteroiden aus 68 Milliarden Punkten kosmischen Lichts herauszufiltern. in den Bildern festgehalten.

Das ist die moderne Methode der Astronomiesagte Dr. Lu.

Die Forschung trägt zu den „Planetary Defense“-Bemühungen der NASA und anderer Organisationen auf der ganzen Welt bei.

Heute sind von den 25.000 erdnahen Asteroiden mit einem Durchmesser von mindestens 460 Fuß nur etwa 40 Prozent gefunden worden. Die restlichen 60 Prozent – ​​etwa 15.000 Weltraumfelsen, von denen jeder das Potenzial hat, bei einer Kollision mit der Erde Energie freizusetzen, die Hunderten Millionen Tonnen TNT entspricht – bleiben unentdeckt.

B612 arbeitete mit Joachim Moeyens, einem Doktoranden an der University of Washington, und dem Doktorvater Mario Juric, Professor für Astronomie, zusammen. Sie und Kollegen vom Institut für datenintensive Forschung in Astrophysik und Kosmologie der Universität haben einen Algorithmus entwickelt, der in der Lage ist, astronomische Bilder zu untersuchen, um nicht nur zu bestimmen, welche Lichtpunkte Asteroiden sein könnten, sondern auch um zu sehen, welche Lichtpunkte in Bildern verschiedener Nächte aufgenommen wurden sind eigentlich derselbe Asteroid.

Im Wesentlichen entwickelten die Forscher eine Methode, um zu erkennen, was tatsächlich gesehen, aber nicht beobachtet wurde.

Normalerweise werden Asteroiden entdeckt, wenn derselbe Teil des Himmels mehrmals während einer einzigen Nacht fotografiert wird. Ein Fleck des Nachthimmels enthält viele Lichtpunkte. Die fernen Sterne und Galaxien bleiben in derselben Reihenfolge. Aber viel nähere Objekte innerhalb des Sonnensystems bewegen sich schnell und ihre Position ändert sich im Laufe der Nacht.

Astronomen nennen eine Reihe von Beobachtungen eines einzelnen sich bewegenden Objekts während einer Nacht eine „Verfolgung“. Der Tracker liefert einen Hinweis auf die Bewegung des Objekts und führt Astronomen dorthin, wo sie nach einer weiteren Nacht suchen könnten. Sie können auch nach alten Fotos desselben Objekts suchen.

Viele astronomische Beobachtungen, die nicht Teil einer systematischen Asteroidensuche sind, zeichnen zwangsläufig Asteroiden auf, aber nur zu einer einzigen Zeit und an einem einzigen Ort, nicht die mehreren Beobachtungen, die erforderlich sind, um die kleinen Pfade zusammenzusetzen.

Beispielsweise wurden NOIRLab-Bilder hauptsächlich vom Victor M. Blanco 4-Meter-Teleskop in Chile als Teil einer Untersuchung von fast einem Achtel des Nachthimmels aufgenommen, um die Verteilung von Galaxien im Universum zu kartieren.

Die zusätzlichen Lichtflecken wurden ignoriert, weil sie nicht das waren, was die Astronomen untersuchten. „Es sind nur zufällige Daten in zufälligen Bildern des Himmels“, sagte Dr. Lu.

Aber für Mr. Moeyens und Dr. Juric ist ein einzelner Lichtpunkt, der kein Stern oder keine Galaxie ist, der Ausgangspunkt für ihren Algorithmus, den sie Tracklet-less Heliocentric Orbit Recovery oder THOR nannten.

Das Gesetz der Schwerkraft steuert die Bewegung des Asteroiden. THOR erstellt eine Testumlaufbahn, die dem beobachteten Lichtpunkt entspricht, wobei ein bestimmter Abstand und eine bestimmte Geschwindigkeit angenommen werden. Dann berechnet es, wo sich der Asteroid in der darauffolgenden und der vorangegangenen Nacht aufgehalten hat. Wenn dort in den Daten ein Lichtpunkt auftaucht, könnte es sich um denselben Asteroiden handeln. Wenn der Algorithmus innerhalb weniger Wochen fünf oder sechs Beobachtungen aneinanderreihen kann, ist das ein vielversprechender Kandidat für die Entdeckung eines Asteroiden.

Im Prinzip gibt es unendlich viele mögliche Testbahnen zu untersuchen, aber dies ist nie unpraktisch zu berechnen. Da sich Asteroiden in der Praxis um bestimmte Umlaufbahnen gruppieren, muss der Algorithmus nur einige tausend sorgfältig ausgewählte Möglichkeiten berücksichtigen.

Die Berechnung Tausender Testumlaufbahnen für Tausende potenzieller Asteroiden ist jedoch eine entmutigende Aufgabe, um die Zahlen zu knacken. Aber das Aufkommen von Cloud Computing – der massiven Rechenleistung und Datenspeicherung, die über das Internet verteilt werden – macht dies möglich. Google hat Zeit auf seiner Google Cloud-Plattform zu diesen Bemühungen beigetragen.

„Das ist eine der coolsten Apps, die ich je gesehen habe“, sagt Scott Benberthy, Director of Applied Artificial Intelligence bei Google.

Bisher haben Wissenschaftler etwa ein Achtel der Daten für einen Monat, September 2013, aus den NOIRLab-Archiven untersucht. THOR hat 1.354 potenzielle Asteroiden produziert. Einige von ihnen befanden sich bereits im Asteroidenkatalog, der vom Minor Planet Center der International Astronomical Union geführt wird. Einige von ihnen wurden bereits früher beobachtet, aber in nur einer Nacht, und der schmale Weg reichte nicht aus, um sicher eine Umlaufbahn zu bestimmen.

Das Minor Planet Center hat bestätigt, dass bisher 104 Objekte neue Entdeckungen sind. Das NOIRLab-Archiv enthält Daten aus sieben Jahren, was darauf hinweist, dass Zehntausende von Asteroiden darauf warten, gefunden zu werden.

„Ich finde es coolUnd diesagte Matthew Payne, Direktor des Minor Planet Center, der nicht an der Entwicklung von THOR beteiligt war. „Ich finde es sehr interessant und ermöglicht es uns auch, die bereits vorhandenen Archivdaten gut zu nutzen. “

Der Algorithmus ist derzeit so konfiguriert, dass er nur Hauptgürtel-Asteroiden findet, die Umlaufbahnen zwischen Mars und Jupiter haben, und keine erdnahen Asteroiden, die mit unserem Planeten kollidieren könnten. Das Erkennen von erdnahen Asteroiden ist schwieriger, weil sie sich schneller bewegen. Unterschiedliche Beobachtungen desselben Asteroiden können in Zeit und Entfernung entfernt voneinander getrennt werden, und der Algorithmus muss mehr Rechenarbeit leisten, um die Verbindungen herzustellen.

“Es wird sicherlich gelingen”, sagte Mr. Moen. „Es gibt keinen Grund, warum es nicht gehen sollte. Ich hatte wirklich keine Gelegenheit, es auszuprobieren.“

THOR kann nicht nur neue Asteroiden in alten Daten entdecken, sondern auch zukünftige Beobachtungen verändern. Nehmen Sie zum Beispiel das Vera C. Rubin Observatory, früher das Large Universal Survey Telescope, das derzeit in Chile gebaut wird.

Das von der National Science Foundation finanzierte Rubin-Observatorium ist ein 8,4-Meter-Teleskop, das regelmäßig den Nachthimmel scannt, um Veränderungen im Laufe der Zeit zu verfolgen.

Ein Teil der Mission des Observatoriums besteht darin, die großräumige Struktur des Universums zu untersuchen und entfernte Supernovae, auch bekannt als Supernovae, zu identifizieren. In der näheren Umgebung entdecken Sie auch eine große Anzahl von Objekten, die kleiner als ein Planet sind und das Sonnensystem umkreisen.

Vor einigen Jahren schlugen einige Wissenschaftler vor, die Beobachtungsmuster des Rubin-Teleskops so zu modifizieren, dass es mehr Asteroideneinschläge lokalisieren und somit gefährlichere, aber unentdeckte Asteroiden schneller lokalisieren könnte. Aber diese Änderung hätte andere astronomische Forschungen verlangsamt.

Wenn sich herausstellt, dass der THOR-Algorithmus mit Rubins Daten gut funktioniert, müsste das Teleskop nicht zweimal pro Nacht denselben Teil des Himmels scannen, sondern könnte stattdessen die doppelte Fläche abdecken.

„Dies könnte im Prinzip revolutionär oder zumindest sehr wichtig sein“, sagte Zeljko Ivezic, Teleskopdirektor und Autor einer wissenschaftlichen Arbeit, die THOR beschreibt und es anhand von Beobachtungen testet.

Wenn das Teleskop alle zwei Nächte statt alle vier Nächte an denselben Ort am Himmel zurückkehren kann, könnte dies anderen Forschungen zugute kommen, einschließlich der Suche nach Supernovae.

„Das wäre ein weiterer Effekt des Algorithmus, der nichts mit Asteroiden zu tun hat“, sagte Dr. Evezek. “Es zeigt sehr gut, wie sich die Landschaft verändert. Das Wissenschaftsökosystem verändert sich, weil Software jetzt Dinge tun kann, von denen Sie vor 20 oder 30 Jahren nicht einmal geträumt hätten, an die Sie nicht einmal gedacht haben.”. “

Für Dr. Lu bietet THOR einen anderen Weg, um die gleichen Ziele zu erreichen, die er vor einem Jahrzehnt hatte.

Zu dieser Zeit hatte B612 ein ehrgeiziges und viel teureres Projekt im Auge. Die gemeinnützige Organisation sollte ein eigenes Weltraumteleskop namens Sentinel bauen, starten und betreiben.

Damals waren Dr. Lu und die anderen Leiter von B612 frustriert über das langsame Tempo der Suche nach gefährlichen Weltraumfelsen. Im Jahr 2005 beauftragte der Kongress die NASA, bis 2020 90 Prozent der erdnahen Asteroiden mit einem Durchmesser von 460 Fuß oder mehr zu lokalisieren und zu verfolgen. Aber der Gesetzgeber hat nicht das Geld bereitgestellt, das die NASA benötigt, um die Arbeit zu erledigen, und die Frist ist mit weniger als abgelaufen Die Hälfte wird gefunden, diese Asteroiden.

Es war eine Herausforderung für B612, 450 Millionen US-Dollar von privaten Spendern aufzubringen, um Sentinel zu abonnieren, zumal die NASA den Bau eines eigenen Weltraumteleskops zur Erkennung von Asteroiden erwog.

Als die National Science Foundation grünes Licht für das Rubin-Observatorium gab, bewertete B612 seine Pläne neu. „Wir können uns schnell umdrehen und sagen: ‚Was ist der andere Ansatz zur Lösung des Problems, für dessen Lösung wir da sind?’“, sagte Dr. Lu. “

Das Rubin-Observatorium soll seine ersten Testbeobachtungen in etwa einem Jahr durchführen und in etwa zwei Jahren betriebsbereit sein. Dr. Evcic sagte, zehn Jahre Rubins Beobachtungen, kombiniert mit anderen Suchen nach Asteroiden, könnten das 90-Prozent-Ziel des Kongresses erreichen.

Die NASA beschleunigt auch die Verteidigungsbemühungen der Planeten. Sein Asteroidenteleskop namens NEO Surveyor befindet sich in der ersten Entwurfsphase und soll 2026 starten.

Und später in diesem Jahr wird die Mission Double Asteroid Redirection Test ein Projektil auf einen kleinen Asteroiden abfeuern und messen, wie stark sich die Bahn des Asteroiden verändert hat. Chinas National Space Agency arbeitet an einer ähnlichen Mission.

Für B612 könnte es, anstatt sich um ein Teleskopprojekt zu streiten, das fast eine halbe Milliarde Dollar kostet, zu weniger teuren Forschungsanstrengungen wie THOR beitragen. Letzte Woche gab es bekannt, dass es Geschenke in Höhe von 1,3 Millionen US-Dollar erhalten hat, um die weitere Arbeit an Cloud-Computing-Tools für die Asteroidenforschung zu finanzieren. Die Stiftung hat auch einen Zuschuss von Tito’s Handmade Vodka erhalten, der von anderen Spendern mit bis zu 1 Million US-Dollar ergänzt wird.

B612 und Dr. Lu versuchen nun nicht nur, die Welt zu retten. “Wir beantworten eine triviale Frage darüber, wie Wodka mit Asteroiden zusammenhängt.” Er hat gesagt.

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