Астероиды в ловушке: новый алгоритм на страже Земли

В небе над нашей планетой кружатся миллионы космических тел разных размеров и форм — от маленьких астероидов до карликовых планет. Они являются свидетелями далекой эпохи, когда в нашей солнечной системе образовались и заняли свои места планеты. Большинство из них находятся далеко от Земли, но некоторые имеют орбиты, приближающие их к нашему дому. Такие объекты называются околоземными или NEO (от англ. near-Earth objects). Особое внимание ученых привлекают те из них, чья траектория может пересечься с орбитой Земли или подойти к ней на расстояние менее 8 миллионов километров — примерно 20 раз меньше, чем расстояние от Земли до Луны. Такие «потенциально опасные астероиды» или PHA (от англ. potentially hazardous asteroids) регулярно ищут и отслеживают, чтобы предотвратить возможное столкновение с Землей, которое может иметь катастрофические последствия.


Для поиска PHA используются специализированные телескопические системы, такие как финансируемый НАСА обзор ATLAS (от англ. Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System), который ведется командой из Института астрономии Гавайского университета. Принцип работы таких систем заключается в том, что они делают снимки определенных участков неба не менее четырех раз за ночь и сравнивают их между собой. Если на снимках замечается точка света, движущаяся по прямой линии без изменений яркости или цвета, то это может быть астероид. Таким образом было обнаружено около 2350 PHA, но ученые оценивают, что еще столько же ждут своего открытия.

В ближайшее время в охоту за астероидами вступит новый игрок — обсерватория Веры С. Рубин в Чили, которая начнет свои наблюдения в начале 2025 года. Обсерватория, финансируемая в основном Национальным научным фондом США и Министерством энергетики США, будет сканировать небо с невиданной скоростью, используя 8,4-метровое зеркало и мощную камеру с разрешением 3200 мегапикселей. Она будет фиксировать точки на небе два раза за ночь, вместо четырех, как делают современные телескопы. Это позволит значительно увеличить темп открытия PHA.

Однако для обработки огромного количества данных, которые будет собирать обсерватория Рубин, потребуется новый алгоритм, способный выявлять астероиды с меньшим количеством и более разреженных наблюдений, чем требуются сегодняшним методам. Такой алгоритм, названный HelioLinc3D, был разработан учеными из Института DiRAC при Университете Вашингтона. Он уже прошел успешное испытание на данных от обзора ATLAS и показал свою способность обнаруживать PHA даже в сложных условиях.

Во время тестового запуска алгоритма 18 июля 2023 года он смог объединить фрагменты данных от ATLAS за четыре ночи наблюдений и идентифицировать астероид, который ранее остался незамеченным. Астероид, получивший обозначение 2022 SF289 и описанный в электронном циркуляре Малых планет, имеет размер около 180 метров. Это достаточно большой объект, чтобы вызвать широкомасштабные разрушения на Земле в случае столкновения. Счастливо для нас, прогнозы орбиты 2022 SF289 показывают, что он не приблизится к Земле ближе чем на 220 тысяч километров. Тем не менее, этот космический камень подпадает под определение PHA из-за своего размера и возможности подойти к нашей планете на расстояние менее 8 миллионов километров.



Астрономы пропустили 2022 SF289 в своих данных потому, что астероид проходил перед яркими звездными полями Млечного Пути. Это создавало своего рода космическую маскировку и затрудняло сбор нескольких наблюдений за одну ночь, что является типичным способом обнаружения астероидов. В отличие от этого метода, HelioLinc3D смог склеить данные наблюдений разных ночей и отследить астероид.


— Ларри Денно, ведущий астроном обзора ATLAS из Гавайского университета.

HelioLinc3D работает по другому принципу, чем традиционные методы поиска астероидов. Он не ищет движущиеся точки света на снимках, а пытается восстановить орбиту астероида по его положению в разные моменты времени. Для этого он использует сложные математические модели и вычисления, которые учитывают не только геометрию наблюдений, но и физические свойства астероида, такие как его размер, форма, вращение и отражательная способность. Это позволяет ему определить, является ли наблюдаемый объект астероидом или нет, а также оценить его потенциальную опасность для Земли.


— доктор Ари Хайнце, главный разработчик HelioLinc3D и исследователь из Института DiRAC.

HelioLinc3D будет использоваться для анализа данных от обсерватории Рубин, которая будет проводить 10-летний обзор неба под названием Legacy Survey of Space and Time (LSST). Этот обзор покроет около 40 миллиардов объектов в нашей Галактике и за ее пределами, включая миллионы околоземных астероидов. Ожидается, что LSST обнаружит около 65% всех PHA размером более 140 метров и около 90% всех PHA размером более 300 метров. Это поможет ученым составить более полный каталог PHA и лучше понять их свойства, происхождение и эволюцию.


— доктор Джоаким Мойенс, руководитель группы по обработке данных LSST в Институте DiRAC.

Пока обсерватория Рубин готовится к началу своей работы, HelioLinc3D продолжает тестироваться на данных от других обзоров, таких как ATLAS или ZTF (от англ. Zwicky Transient Facility). Ученые надеются, что алгоритм поможет им обнаружить еще больше PHA и повысить уровень безопасности Земли от космических угроз.