Naukowcy z MIT opracowali metodę wykrywania małych asteroid w głównym pasie asteroid, znacznie poprawiającą naszą zdolność dostrzegania obiektów o średnicy zaledwie 10 metrów.
Ta nowa technika, która pozwoliła zidentyfikować 138 skał kosmicznych, od wielkości autobusu po stadion, pozwala na wcześniejsze wykrywanie i lepsze śledzenie potencjalnych obiektów bliskich Ziemi, zwiększając obronę planetarną. Podejście to, wykorzystujące dane z teleskopów początkowo skierowanych na egzoplanety, pozwoliło odkryć ponad sto nowych asteroid, co może mieć wpływ na zrozumienie pochodzenia asteroid i procesów zderzeń.
Postępy w wykrywaniu asteroid
Szacuje się, że asteroida, która zgładziła dinozaury, miała około 10 kilometrów (6 mil) szerokości, czyli mniej więcej szerokość Brooklynu w Nowym Jorku. Na szczęście uderzenia tak masywnych obiektów są niezwykle rzadkie i zdarzają się tylko raz na 100–500 milionów lat.
Dla porównania, znacznie mniejsze asteroidy, wielkości autobusu, uderzają w Ziemię znacznie częściej – mniej więcej co kilka lat. Te „dekametrowe” asteroidy, mierzące od 10 do 100 metrów (30 do 330 stóp) średnicy, z większym prawdopodobieństwem oderwą się od głównego pasa asteroid i staną się obiektami bliskimi Ziemi. Kiedy rzeczywiście zderzą się z Ziemią, mogą spowodować znaczne szkody, jak widać podczas zdarzenia w tunguskiej Syberii w 1908 r. i eksplozji w Czelabińsku w 2013 r. nad Rosją. Badanie asteroid wielkości dekametrowej w pasie głównym może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć pochodzenie meteorytów i procesy kształtujące nasz Układ Słoneczny.
Teraz międzynarodowy zespół kierowany przez fizyków z MIT znalazł sposób na dostrzeżenie najmniejszych asteroid dekametrowych w głównym pasie asteroid — pola gruzu pomiędzy Mars I Jupiter gdzie krążą miliony asteroid. Do tej pory najmniejsze asteroidy, jakie naukowcom udało się tam dostrzec, miały średnicę około kilometra. Dzięki nowemu podejściu zespołu naukowcy mogą teraz wykrywać asteroidy w głównym pasie o średnicy zaledwie 10 metrów.
W artykule opublikowanym 9 grudnia w czasopiśmie Naturanaukowcy donoszą, że wykorzystali swoją metodę do wykrycia ponad 100 nowych asteroid dekametrowych w głównym pasie asteroid. Skały kosmiczne mają rozmiary od autobusu do kilku stadionów i są najmniejszymi asteroidami w głównym pasie, jakie odkryto do tej pory.
Naukowcy przewidują, że podejście to można wykorzystać do identyfikowania i śledzenia asteroid, które prawdopodobnie zbliżą się do Ziemi.
„Udało nam się wykryć obiekty bliskie Ziemi o rozmiarach do 10 metrów, gdy znajdują się one naprawdę blisko Ziemi” – mówi główny autor badania, Artem Burdanov, pracownik naukowy na Wydziale Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetach MIT. „Teraz mamy sposób na wykrywanie tych małych asteroid, gdy są one znacznie dalej, dzięki czemu możemy dokładniej śledzić orbitę, co jest kluczowe dla obrony planetarnej”.
Współautorami badania są profesorowie planetologii z MIT Julien de Wit i Richard Binzel, a także współpracownicy z wielu innych instytucji, w tym z Uniwersytetu w Liege w Belgii, Uniwersytetu Karola w Belgii Czechy, Europejska Agencja Kosmicznaoraz instytucje w Niemczech, w tym Instytut Fizyki Pozaziemskiej Maxa Plancka i Uniwersytet w Oldenburgu.
Integracja badań egzoplanet i asteroid
De Wit i jego zespół skupiają się przede wszystkim na poszukiwaniach i badaniach egzoplanet – światów poza Układem Słonecznym, które mogą nadawać się do zamieszkania. Naukowcy należą do grupy, która w 2016 roku odkryła układ planetarny wokół TRAPPIST-1, gwiazdy znajdującej się około 40 lat świetlnych od Ziemi. Korzystając z małego teleskopu TRANSiting Planets i PlanetesImals (TRAPPIST) w Chile, zespół potwierdził, że w tej gwieździe znajdują się skaliste planety wielkości Ziemi, z których kilka znajduje się w strefie zamieszkiwalnej.
Od tego czasu naukowcy wytrenowali wiele teleskopów skupiających się na różnych długościach fal w systemie TRAPPIST-1, aby dokładniej charakteryzować planety i szukać oznak życia. Podczas tych poszukiwań astronomowie musieli przebijać się przez „szumy” na zdjęciach teleskopowych, takie jak gaz, pył i obiekty planetarne znajdujące się pomiędzy Ziemią a gwiazdą, aby wyraźniej rozszyfrować planety TRAPPIST-1. Często hałas, który odrzucają, obejmuje przelatujące asteroidy.
„Większość astronomów postrzega asteroidy jako szkodniki nieba w tym sensie, że po prostu przekraczają pole widzenia i wpływają na dane” – mówi de Wit.
De Wit i Burdanow zastanawiali się, czy te same dane, które wykorzystano do poszukiwania egzoplanet, można poddać recyklingowi i wykorzystać w poszukiwaniu asteroid w naszym Układzie Słonecznym. W tym celu wykorzystali technikę „przesuwania i układania” obrazu opracowaną po raz pierwszy w latach 90. XX wieku. Metoda ta polega na przesuwaniu wielu obrazów z tego samego pola widzenia i układaniu ich w stosy, aby sprawdzić, czy słaby obiekt może przyćmić hałas.
Przełomy w obrazowaniu asteroid
Zastosowanie tej metody do wyszukiwania nieznanych asteroid na obrazach, które pierwotnie skupiały się na odległych gwiazdach, wymagałoby znacznych zasobów obliczeniowych, ponieważ wymagałoby przetestowania ogromnej liczby scenariuszy lokalizacji asteroidy. Następnie badacze musieliby przesunąć tysiące zdjęć dla każdego scenariusza, aby sprawdzić, czy asteroida rzeczywiście znajduje się tam, gdzie przewidywano.
Kilka lat temu Burdanow, de Wit i absolwentka MIT Samantha Hasler odkryli, że można tego dokonać, korzystając z najnowocześniejszych procesorów graficznych, które są w stanie przetwarzać ogromne ilości danych obrazowych z dużą szybkością.
Oni początkowo wypróbowali swoje podejście na danych z przeglądu SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) — systemu naziemnych teleskopów, który wykonuje wiele zdjęć gwiazd w czasie. Ten wysiłek, wraz z druga aplikacja wykorzystując dane z teleskopu na Antarktydzie, pokazało, że badacze rzeczywiście byli w stanie dostrzec ogromną liczbę nowych asteroid w pasie głównym.
„Nieodkryta przestrzeń”
Na potrzeby nowego badania naukowcy poszukiwali większej liczby planetoid, aż do mniejszych rozmiarów, korzystając z danych z najpotężniejszego obserwatorium na świecie — NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), który jest szczególnie wrażliwy na podczerwień, a nie na światło widzialne. Tak się składa, że asteroidy krążące w głównym pasie asteroid są znacznie jaśniejsze w zakresie fal podczerwonych niż w zakresie widzialnym, a zatem są znacznie łatwiejsze do wykrycia za pomocą możliwości JWST w podczerwieni.
Zespół zastosował swoje podejście do obrazów TRAPPIST-1 z JWST. Dane obejmowały ponad 10 000 zdjęć gwiazdy, które pierwotnie uzyskano w celu poszukiwania śladów atmosfer wokół wewnętrznych planet układu. Po przetworzeniu zdjęć badaczom udało się dostrzec osiem znanych asteroid w pasie głównym. Następnie spojrzeli dalej i odkryli 138 nowych asteroid wokół głównego pasa, wszystkie o średnicy w granicach kilkudziesięciu metrów – najmniejsze odkryte do tej pory asteroidy z głównego pasa. Podejrzewają, że kilka asteroid jest w drodze, aby stać się obiektami bliskimi Ziemi, a jedna z nich to prawdopodobnie trojan – asteroida podążająca za Jowiszem.
„Myśleliśmy, że wykryjemy tylko kilka nowych obiektów, ale odkryliśmy o wiele więcej, niż się spodziewaliśmy, zwłaszcza małych” – mówi de Wit. „To znak, że badamy nowy reżim populacji, w którym w wyniku kaskad zderzeń powstaje o wiele więcej małych obiektów, które są bardzo skuteczne w niszczeniu asteroid poniżej około 100 metrów”.
„Statystyki tych dekametrowych asteroid z głównego pasa mają kluczowe znaczenie w modelowaniu” – dodaje Miroslav Broz, współautor z Uniwersytetu Karola w Pradze w Czechach i specjalista od różnych populacji asteroid w Układzie Słonecznym. „W rzeczywistości są to szczątki wyrzucane podczas zderzeń większych asteroid o wielkości kilku kilometrów, które są obserwowalne i często wykazują podobne orbity wokół Słońca, dlatego grupujemy je w „rodziny” asteroid”.
„To zupełnie nowa, niezbadana przestrzeń, w którą wkraczamy dzięki nowoczesnym technologiom” – mówi Burdanow. „To dobry przykład tego, co możemy zrobić jako dziedzina, gdy inaczej spojrzymy na dane. Czasami można dużo zyskać i to jest jedna z nich”.
Odniesienie: „JWST obserwacja dekametrowych asteroid pasa głównego i widok źródeł meteorytów” Artem Y. Burdanov, Julien de Wit, Miroslav Brož, Thomas G. Müller, Tobias Hoffmann, Marin Ferrais, Marco Micheli, Emmanuel Jehin, Daniel Parrott, Samantha N. Hasler, Richard P. Binzel, Elsa Ducrot, Laura Kreidberg, Michaël Gillon, Thomas P. Greene, Will M. Grundy, Theodore Kareta, Pierre-Olivier Lagage, Nicholas Moskovitz, Audrey Thirouin, Cristina A. Thomas i Sebastian Zieba, 9 grudnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08480-z
Prace te były częściowo wspierane przez Fundację Heising-Simonsa, Czeską Fundację Naukową oraz program NVIDIA Academic Hardware Grant Program.
