НАСА запустило инновационную систему предупреждения об астероидах, которые могут угрожать жизни на Земле. О чем новинка?
Новая система оповещения расширяет возможности Центра исследований околоземного пространства Лаборатории реактивного движения НАСА по оценке риска столкновений с астероидами, которые могут приблизиться к нашей планете. Система выдаст соответствующее оповещение более эффективно, чем ее предшественник, как только выяснится, что такой астероид может столкнуться с Землей. Он собирает данные телескопических наблюдений и на их основе рассчитывает орбиту объекта на сто лет вперед.
На сегодняшний день почти 28 000 околоземных астероидов ( АСЗ ) были обнаружены с помощью телескопов, которые постоянно сканируют ночное небо в поисках таких потенциальных угроз, добавляя к этому ужасному списку около 3 000 (!) объектов в год. Предполагается, что в ближайшие годы более крупные и совершенные телескопы еще больше ускорят этот рост. Другими словами, ожидается, что число таких открытий будет расти в геометрической прогрессии. В ожидании ученые НАСА разработали новый алгоритм мониторинга под названием Sentry-II . Американское космическое агентство надеется, что благодаря будущим инструментам мы сможем более подробно узнать еще больше потенциально угрожающих объектов.
Ожидается, что система Sentry-II будет особенно эффективна при расчете орбит в более сложных случаях, с которыми ее предшественница, система Sentry -II, справлялась не очень хорошо. Его расчеты также будут более точными. Стоит добавить, что первоначальная версия программы Sentry работает уже почти 20 лет. Однако у него есть недостатки.
В популярной культуре астероиды часто изображаются как хаотические объекты, беспорядочно перемещающиеся по Солнечной системе, непредсказуемо меняющие свой курс и потенциально угрожающие нашей планете неожиданно и в мгновение ока. На самом деле (к счастью) это совсем не так. Астероиды — это предсказуемые небесные тела, которые подчиняются законам физики и следуют известным орбитальным траекториям вокруг Солнца. Однако иногда эти пути могут очень (и опасно) приближаться к будущему положению Земли на ее собственной орбите, и из-за небольшой неопределенности относительно такого временного положения астероида нельзя полностью исключить его будущее столкновение с Землей. По этой причине астрономы используют сложное программное обеспечение для автоматического расчета риска столкновений.
Ученые Центра исследований околоземного пространства (CNEOS) рассчитывают параметры орбиты для каждого известного астероида NEA, чтобы лучше уточнить оценку угрозы с течением времени. Однако CNEOS до сих пор использует программное обеспечение Sentry, разработанное JPL еще в 2002 году. Теперь, с запуском Sentry-II, НАСА должно получить инструмент, позволяющий быстро рассчитать вероятность столкновения для всех известных объектов СВА, включая множество частных случаев, не включенных в оценку угрозы в исходной Sentry. Просто новая система подсчета очков будет намного надежнее, позволяя оценивать риск всех потенциальных столкновений, в том числе с очень низкой вероятностью. А дело вовсе не простое.
Когда астероид движется через Солнечную систему, гравитационное притяжение Солнца формирует его орбиту, но гравитация планет системы также в некоторой степени влияет на его траекторию. Довольно предсказуемым образом. Sentry с большой точностью моделирует, как эти силы определяют орбиту объекта, помогая нам предсказать, где он будет находиться в будущем.
Но используемое до сих пор программное обеспечение не принимало во внимание другие силы, влияющие на траекторию данного астероида. Наиболее важными из них являются тепловые силы, вызванные солнечным теплом. Когда астероид вращается, солнечный свет согревает его дневную сторону. Затем нагретая поверхность поворачивается на сторону ночной тени и остывает. По мере остывания высвобождается инфракрасная энергия, которая создает небольшую, но постоянную тягу астероида. Это явление известно как эффект Ярковского и довольно мало влияет на движение тела в течение коротких промежутков времени, но может значительно изменить орбиту астероида в течение десятилетий или столетий.
Кстати, возникновение этого эффекта впервые предположил около 1900 года польский инженер Ян Ярковский. В знак признания его работы один из астероидов был назван (35334) Ярковским.
Тот факт, что Sentry не может автоматически анализировать эффект Ярковского, был серьезным ограничением. Каждый раз, когда мы сталкивались с особым случаем, таким как астероиды Апофис, Бенну или 1950 DA, приходилось выполнять сложные и трудоемкие дополнительные расчеты. С Sentry-II ученым больше не придется этим заниматься. Еще одна проблема с алгоритмом Sentry заключалась в том, что иногда он не мог точно предсказать вероятность столкновения с астероидами, которые проходят очень близко к Земле. Движение таких тел АСЗ существенно возмущается гравитацией нашей планеты, и неопределенность определяемых параметров орбиты после такого близкого сближения может резко возрасти. В таких случаях расчеты Сентри часто терпели неудачу и требовали дополнительной кропотливой работы аналитика. Sentry-II больше не имеет этого ограничения.
Вероятность столкновения рассчитывается следующим образом: когда телескоп замечает новый АСЗ, астрономы измеряют наблюдаемые позиции астероида на небе и сообщают о них в Центр малых планет . CNEOS использует эти данные для определения наиболее вероятной орбиты астероида. Но из-за неопределенностей в наблюдаемом положении астероида рассчитанная «наиболее вероятная орбита» может вообще не отражать его истинную орбиту. Истинная орбита находится где-то внутри области неопределенности, подобно облаку возможностей, окружающему наиболее вероятное положение орбиты.
Чтобы оценить, возможно ли столкновение, и сузить область, где может находиться истинная орбита, первоначальный Sentry сделал некоторые предположения о том, как может развиваться эта область неопределенности. Затем он выберет набор равномерно расположенных точек вдоль линии, покрывающей область неопределенности. Каждая точка будет представлять немного другое возможное текущее местоположение объекта. Затем программа начнет опережать время, наблюдать за такими гипотетическими виртуальными астероидами, вращающимися вокруг Солнца, и смотреть, не приблизится ли какой-либо из них слишком близко к Земле в будущем. Если бы это было так, он бы провел дальнейшие расчеты, чтобы увидеть, могут ли какие-либо промежуточные точки означать столкновение объекта с Землей, и оценить вероятность этого столкновения.
У Sentry-II немного другая философия. Новый алгоритм моделирует тысячи случайных точек, не ограниченных никакими предположениями об эволюции области неопределенности; вместо этого он выбирает случайные точки во всей области неопределенности. Затем он спрашивает, каковы возможные орбиты во всей этой области неопределенности, на которых астероид NEA может столкнуться с Землей.
Анимация показывает пример того, как неопределенность орбиты околоземного астероида может изменяться с течением времени. По мере приближения такого астероида к Земле область неопределенности становится еще больше, что, в свою очередь, значительно затрудняет оценку вероятности будущих столкновений. Источник: NASA/JPL-Caltech.
В результате на расчеты и орбиты не влияют предположения о том, какие части области неопределенности могут привести к возможному столкновению. Это позволяет Sentry-II идентифицировать больше сценариев столкновений с очень низкой вероятностью, некоторые из которых могут быть легко пропущены Sentry.
Sentry-II представляет собой значительный прогресс в поиске самых низких вероятностей столкновений для огромного диапазона возможных сценариев, сказал Стив Чесли, исследователь из JPL, руководивший разработкой Sentry и участвовавший в разработке Sentry-II. Когда последствия будущего столкновения с астероидом настолько серьезны, стоит обнаружить даже малейший риск столкновения, скрытый в данных наблюдений.
В заключение, поиск и оценка риска объектов ОСЗ аналогичны поиску иголки в стоге сена из-за их небольшого размера и яркости, но благодаря Sentry-II стог сена значительно уменьшается.
