Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

NASA uruchomiła nowoczesne narzędzie do oceny ryzyka uderzeń asteroid w Ziemię

Recommended Posts

NASA uruchomiła system monitoringu asteroid nowej generacji. Dzięki niemu Agencja lepiej będzie mogła ocenić zagrożenie, jakie dla naszej planety stwarzają poszczególne asteroidy.  Obecnie znamy 27 744 asteroid bliskich Ziemi. Jest wśród nich 889 obiektów o średnicy przekraczającej 1 km i 9945 asteroid o średnicy ponad 140 metrów. Jednak w najbliższym czasie ich liczba znacznie się zwiększy. Stąd potrzeba doskonalszego algorytmu oceny zagrożenia.

W ciągu najbliższych lat prace rozpoczną nowocześniejsze, bardziej zaawansowane teleskopy. Można się więc spodziewać szybkiego wzrostu liczy nowo odkrytych asteroid, których orbity trzeba będzie obliczyć i nadzorować.

W kulturze popularnej asteroidy są często przedstawiane jako obiekty chaotyczne, gwałtownie zmieniające kurs i zagrażające Ziemi. W rzeczywistości jednak są niezwykle przewidywalne i krążą wokół Słońca po znanych orbitach.

Czasem jednak z obliczeń wynika, że orbita asteroidy znajdzie się blisko Ziemi. Wówczas, ze względu na niewielkie niepewności co do dokładnej pozycji asteroidy, nie można całkowicie wykluczyć uderzenia. Astronomowie używają się złożonych systemów monitorowani i obliczania orbit, które automatycznie obliczają ryzyko zderzenia asteroidy z Ziemią.

Należące do NASA Center for Near Earth Object Studies (CNEOS) oblicza orbity dla każdej znanej asteroidy i przekazuje dane do Planetary Defense Coordinatio Office (PDCO). Od 2002 roku CNEOS wykorzystuje w tym celu oprogramowanie Sentry.

Pierwsza wersja Sentry to bardzo dobre oprogramowanie, które działa od niemal 20 lat. Wykorzystuje bardzo sprytne algorytmy. W czasie krótszym niż godzina potrafi z dużym prawdopodobieństwem ocenić ryzyko zderzenia z konkretną asteroidą w ciągu najbliższych 100 lat, mówi Javier Roa Vicens, który stał na czele grupy pracującej nad Sentry-II, a niedawno przeniósł się do SpaceX.

Sentry-II korzysta z nowych bardziej dokładnych i wiarygodnych algorytmów, które potrafią obliczyć ryzyko uderzenia z dokładnością wynoszącą ok. 5 na 10 000 000. Ponadto bierze pod uwagę pewne elementy, których nie uwzględniało Sentry.

Gdy asteroida wędruje w Układzie Słonecznym, o jej orbicie decyduje przede wszystkim oddziaływanie grawitacyjne Słońca. Wpływ na jej orbitę ma też grawitacja planet. Sentry z dużą dokładnością potrafi obliczyć wpływ sił grawitacyjnych, pokazując, w którym miejscu przestrzeni kosmicznej asteroida znajdzie się za kilkadziesąt lat. Jednak Sentry nie uwzględnia sił innych niż grawitacja. A najważniejszymi z nich są siły oddziałujące na asteroidę w wyniku ogrzewania jej przez Słońce.

Asteroidy obracają się wokół własnej osi. Zatem są ogrzewane przez Słońce z jednej strony, następnie ogrzana strona odwraca się od Słońca i stygnie. Uwalniana jest wówczas energia w postaci promieniowania podczerwonego, która działa jak niewielki, ale stały napęd. To tzw. efekt Jarkowskiego. Ma on niewielki wpływ na ruch asteroidy w krótki terminie, jednak na przestrzeni dekad i wieków może znacząco zmienić orbitę asteroidy. Fakt, że Sentry nie potrafił automatycznie uwzględniać efektu Jarkowskiego był poważnym ograniczeniem. Za każdym razem, gdy mieliśmy do czynienia z jakimś szczególnym przypadkiem – jak asteroidy Apophis, Bennu czy 1950 DA – musieliśmy ręcznie dokonywać skomplikowanych długotrwałych obliczeń. Dzięki Sentry-II nie będziemy musieli tego robić, mówi Davide Farnocchia, który pracował przy Sentry-II.

Ponadto oryginalny algorytm Sentry miał czasem problemy z określeniem prawdopodobieństwa kolizji, gdy orbita asteroidy miała znaleźć się niezwykle blisko Ziemi. Na takie asteroidy w znaczący sposób wpływa grawitacja planety i w takich przypadkach gwałtownie rosła niepewność co do przyszłej orbity asteroidy po bliskim spotkaniu z Ziemią. Sentry mógł mieć wówczas problemy i konieczne było przeprowadzanie ręcznych obliczeń i wprowadzanie poprawek. W Sentry-II nie będzie tego problemu. Co prawda takie szczególne przypadki stanowią obecnie niewielki odsetek wszystkich obliczeń, ale spodziewamy się, że po wystrzeleniu przez NASA misji NEO Surveyor i uruchomieniu Vera C. Rubin Observatory, ich liczba wzrośnie, musimy więc być przygotowani, mówi Roa Vicens.

NASA zdradza również, że istnieje zasadnicza różnica w sposobie pracy Sentry i Sentry-II. Dotychacz gdy teleskopy zauważyły nieznany dotychczas obiekt bliski Ziemi astronomowie określali jego pozycję na niebie i wysyłali dane to Minor Planet Center. Dane te były wykorzystywane przez CNEOS do określenia najbardziej prawdopodobnej orbity asteroidy wokół Słońca. Jednak, jako że istnieje pewien margines niepewności odnośnie obserwowanej pozycji asteroidy wiadomo, że orbita najbardziej prawdopodobna nie musi być tą prawdziwą. Rzeczywista orbita asteroidy mieści się w znanych granicach niepewności pomiarowej.

Sentry, by obliczyć prawdopodobieństwo zderzenia z Ziemią, wybierał zestaw równomiernie rozłożonych punktów w obszarze niepewności pomiarowej, uwzględniając przy tym jednak tę część obszaru, w której z największym prawdopodobieństwem znajdowały się orbity zagrażające Ziemi. Każdy z punktów reprezentował nieco inną możliwą rzeczywistą pozycję asteroidy. Następnie dla każdego z nich algorytm określał orbitę asteroidy w przyszłości i sprawdzał, czy któraś z nich przebiega blisko Ziemi. Jeśli tak, to skupiał się na tej orbicie, wyliczając dla niej prawdopodobieństwo uderzenia.

Sentry-II działa inaczej. Wybiera tysiące punktów rozłożonych na całym obszarze niepewności pomiarowej. Następnie sprawdza, które z możliwych punktów w całym regionie są powiązane z orbitami zagrażającymi Ziemi. Innymi słowy, Sentry-II nie jest ograniczony założeniami dotyczącymi tego, gdzie na obszarze marginesu błędu pomiarowego mogą znajdować się orbity najbardziej zagrażające Ziemi. Bierze pod uwagę cały obszar, dzięki czemu może wyłapać też bardzo mało prawdopodobne scenariusze zderzeń, które mogły umykać uwadze Sentry.

Farnocchia porównuje to do szukania igły w stogu siana. Igły to możliwe zderzenia, a stóg siana to cały obszar błędu pomiarowego. Im większa niepewność odnośnie pozycji asteroidy, tym większy stóg siana, w którym trzeba szukać. Sentry sprawdzał stóg siana wielokrotnie, szukając igieł wzdłuż pojedynczej linii przebiegającej przez cały stóg. Sentry-II nie korzysta z żadnej linii. Szuka w całym stogu.

Sentry-II to olbrzymi postęp w dziedzinie zidentyfikowania nawet najmniej prawdopodobnych scenariuszy zderzenia wśród olbrzymiej liczby wszystkich scenariuszy. Gdy konsekwencje przyszłego uderzenia asteroidy mogą być naprawdę katastrofalne, opłaca się poszukać nawet tych mało prawdopodobnych scenariuszy, mówi Steve Chesley, który stał na czele grupy opracowującej Sentry i pomagał przy pracy nad Sentry-II.

Szczegółowy opis Sentry-II znajdziemy na łamach The Astronomical Journal.

Poniższy film pokazuje zaś w jaki sposób określono orbitę asteroidy Bennu z uwzględnieniem sił grawitacyjnych i niegrawitacyjnych.

 


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Żeby się zaraz nie okazało, że nasze dywagacje tutaj

nie mają już akademickiego charakteru ;)

Chociaż pewnie i tak się szybko nie dowiemy żeby uniknąć paniki :)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Już jutro będziemy mogli oglądać superksiężyc, Księżyc pełni, który dodatkowo znajdzie się w perygeum swojej orbity wokół Ziemi. Nasz naturalny satelita będzie więc nie tylko w pełni, ale i najbliżej Ziemi. Będzie o 14% większy i 30% jaśniejszy niż wówczas, gdyby w czasie pełni znajdował się w apogeum – najdalszym punkcie orbity.
      Pełnia to dobry moment, by obserwować ukształtowanie powierzchni Srebrnego Globu. Tym bardziej, gdy znajdzie się on w odległości około 357,5 tysiąca kilometrów od Ziemi. To o 30 tys. kilometrów bliżej, niż jego średnia odległość od naszej planety i 50 tys. km bliżej, niż w apogeum.
      Latem na półkuli północnej Księżyc w pełni znajduje się niżej nad horyzontem niż w innych porach roku. Łatwiej więc o spektakularne zdjęcia gór czy budynków z wielkim superksiężycem w tle. Księżyc jest większy i bardziej fotogeniczny. Jako, że jest bliżej horyzontu, jego światło musi przejść przez grubszą warstwę atmosfery, dzięki czemu zyskuje dodatkowe zabarwienie.
      Pełnia Księżyca rozpocznie się jutro o godzinie 13:52 czasu polskiego. Oświetlone będzie wówczas 100% jego tarczy. W perygeum księżyc znajdzie się 15 czerwca o godzinie 01:24. Odległość pomiędzy Księżycem a Ziemią wyniesie wówczas 357 432 km. I to właśnie najlepszy moment na jego obserwowanie. Srebrny Glob będzie oświetlony w 100% i będzie najbliżej. Już o godzinie 02:25 oświetlone będzie 99% powierzchni, a on sam oddali się od nas o 2 kilometry.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Już za 2 dni, w piątek 27 maja w pobliżu Ziemi znajdzie się jedna z największych asteroid asteroid bliskich Ziemi (NEO). Obiekt 1989 JA ma średnicę 1,8 kilometra i przez najbliższe dwa lata będzie największą asteroidą, jaka przeleci w pobliżu naszej planety.
      Nie ma jednak najmniejszych powodów do obaw. 1989 JA zbliży się do Ziemi na 0,027 jednostki astronomicznej, zatem znajdzie się w odległości 4 milionów kilometrów od Ziemi. To mniej więcej 10-krotnie większa odległość niż między Ziemią a Księżycem. Jeszcze nigdy 1898 JA nie była tak blisko naszej planety i przez kolejne 172 lata już tak blisko nie podleci. Obecnie asteroida pędzi z prędkością ponad 48 000 km/h. To kilkunastokrotnie szybciej niż pocisk wystrzelony z karabinu.
      Ostatni raz do bliskiego spotkania z równie wielką asteroidą doszło 29 kwietnia 2020, kiedy to w odległości 0,042 j.a. (6,3 mln km) przeleciała asteroida 1998 OR. Na następne spotkanie z równie wielkim obiektem co 1898 JA będziemy musieli poczekać do 27 czerwca 2024 roku. Wówczas to odwiedzi nas 2011 UL21. To asteroida o średnicy od 1,8 do 3,9 kilometra, która znajdzie się w odległości 0,44 j.a., czyli 6,6 miliona kilometrów od Ziemi.
      W ciągu najbliższych 100 lat w Ziemię nie uderzy żadna asteroida na tyle duża, by mogła spowodować katastrofę na olbrzymią skalę. Jednak agencje kosmiczne różnych krajów już teraz myślą o ewentualnej obronie naszej planety. Asteroidy bliskie Ziemi są katalogowane i monitorowane, opracowywane są różne technologie obrony przed nimi. Niedawno NASA wystrzeliła misję DART (Double Asteroid Redirection Test), której celem jest sprawdzenie możliwości zmiany trasy asteroidy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W danych zebranych dotychczas przez Teleskop Hubble'a „ukrywało się” około 1700 asteroid. Autorzy najnowszych badań – zawodowi astronomowie oraz naukowcy – połączyli siły i przeanalizowali dane zebrane przez słynny teleskop. Projekt ruszył 30 czerwca 2019 roku w Międzynarodowym Dniu Asteroid. Na popularnej platformie croudsourcingowej nauki, Zooniverse, uruchomiono wówczas „Hubble Asteroid Hunter”.
      Celem analizy było znalezienie informacji o nieznanych asteroidach w archiwalnych danych Hubble'a. Trzeba było wyłowić je z danych, które badaczom z innych projektów naukowych wydawały się bezwartościowe. To, co jest śmieciem dla jednego astronoma, może być skarbem dla drugiego, stwierdza lider badań, Sandor Kruk z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka. Uczony zauważa, że ilość danych, które archiwizują astronomowie rośnie w olbrzymim tempie i warto zaglądać do tego, co inni odrzucili.
      Analizie poddano informacje zebrane pomiędzy 30 kwietnia 2002 roku a 14 marca 2021.
      Jako, że typowy czas obserwacyjny instrumentów Hubble'a wynosi 30 minut, asteroidy pojawiają się na zdjęciach w formie smug. Jednak systemy komputerowe mają problemy z wyłowieniem tych smug, dlatego do ich wykrywania zaprzęgnięto ludzi. Ze względu na orbitę i ruch samego Hubble'a smugi te są zakrzywione, przez co trudno jest stworzyć algorytm komputerowy, który byłby w stanie je wykryć. Dlatego potrzebowaliśmy ochotników, którzy je klasyfikowali, a dopiero później na tej podstawie uczyliśmy algorytm ich rozpoznawania, mówi Kruk.
      W projekcie wzięło udział 11 482 naukowców-amatorów, którzy przeanalizowali tysiące zdjęć. Dzięki temu udało się wykryć 1488 prawdopodobnych asteroid. Obiekty takie znajdowały się na około 1% analizowanych fotografii. Później wytrenowany na tym zbiorze danych algorytm zauważył kolejnych 999 kandydatów na asteroidy. Wtedy do pracy przystąpił Kruk i jego koledzy.naukowcy przyjrzeli się obiektom zauważonym przez amatorów oraz algorytm komputerowy i stwierdzili, że mamy do czynienia z 1701 rzeczywistymi asteroidami. Wyniki poszukiwań porównano następnie z bazą danych Minor Planet Center, w której znajdują się informacje o obiektach w Układzie Słonecznych. okazało się, że około 1/3 z tych asteroid została już wcześniej odnotowana.
      Teraz naukowcy chcą obserwować odkryte asteroidy, by określić ich orbity oraz odległość od Ziemi.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W ramach zwycięskiego projektu konkursu SONATA BIS 11, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki, prof. Krzysztof Sośnica wraz z zespołem wykorzysta precyzyjne obserwacje laserowe i pomiary odległości do satelitów geodezyjnych, by dokładniej zbadać ewolucję ziemskiego pola grawitacyjnego.
      Dzięki obserwacjom zmieniającego się pola grawitacyjnego Ziemi, można opisać przemieszczanie się mas w systemie ziemskim, w tym zmiany w wodach lądowych, pokrywie lodowej, oceanach i atmosferze. Obserwacje te dostarczają niezbędnych informacji na temat globalnego obiegu wody, zmian w prądach powierzchniowych oceanów, utraty masy lodowców, podnoszenia się poziomu morza, przemieszczeń obciążenia powierzchniowego, a także wielu innych procesów środowiskowych.
      Zmiany, jakie zachodzą w polu grawitacyjnym Ziemi bezpośrednio wpływają na jej rotację, a w szczególności na współrzędne biegunowe i zmiany długości dnia od skali rocznej do wiekowej.
      Misje satelitarne GRACE i GRACE Follow-On zrewolucjonizowały obserwacje przemieszczania się mas w systemie ziemskim, ale dostarczają dane stosunkowo od niedawna. Naukowcy posiadają niewielką wiedzę na temat zmian pola grawitacyjnego Ziemi przed 2002 rokiem, czyli przed uruchomieniem misji GRACE. Ponadto, misja GRACE była początkowo projektowana na pięć lat, ale działała dłużej. Po 2010 roku pojawiły się poważne problemy z jej zasilaniem, skutkujące brakami w przesyle danych. Satelita GRACE Follow-On wszedł w fazę naukową w styczniu 2019 roku, czyli 16 miesięcy po wycofaniu jego poprzednika. Te wydarzenia sprawiły, że obserwacje pola grawitacyjnego Ziemi są nieciągłe, z wieloma lukami między 2010 a 2019 rokiem.
      Jak podkreśla prof. Krzysztof Sośnica z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu, misje GRACE i GRACE Follow-On nie są jedynymi misjami, które można wykorzystać do wyznaczania zmienności pola grawitacyjnego Ziemi.
      W badaniu procesów redystrybucji masy w dużej skali możemy zastosować precyzyjne laserowe pomiary odległości do satelitów geodezyjnych, takich jak LAGEOS-1/2, LARES, BLITS, a także Ajisai, Starlette i Stella – mówi prof. Sośnica, dodając, że satelity Starlette, Ajisai i LAGEOS od lat 80. są regularnie obserwowane przez globalną sieć stacji laserowych zapewniających pomiary odległości z dokładnością kilku milimetrów. A od początku lat 90. wiele aktywnych satelitów niskich (LEO) zostało wyposażonych w precyzyjne odbiorniki Globalnego Systemu Nawigacji Satelitarnej (GNSS), umożliwiające precyzyjne wyznaczenie orbity, a tym samym wyliczenie parametrów pola grawitacyjnego. Można ich więc użyć, by dokładniej zbadać zmiany w polu grawitacyjnym Ziemi.
      W projekcie wyznaczone zostaną takie wielkości jak stała grawitacji – czyli fundamentalny parametr niezbędny nie tylko w badaniach geodezyjnych, ale również w fizyce i astronomii. Sprawdzony zostanie ruch środka Ziemi wraz z ocenami i atmosferą. Środek Ziemi wykonuje niewielkie, kilkumilimetrowe ruchy za sprawą zjawisk zachodzących we wnętrzu, a przede wszystkim na powierzchni Ziemi. Figura Ziemi jest spłaszczona ze względu na ruch wirowy planety. Jednak spłaszczenie Ziemi nie jest stałe w czasie. Projekt ma za zadanie odpowiedzieć na pytanie jak zmieniało się spłaszczenie Ziemi za sprawą topniejących lodowców na Grenlandii i Antarktydzie w ciągu ostatnich 40 lat.
      Współrzędne geocentrum, czyli środka masy Ziemi oraz wartości spłaszczenia Ziemi będą wyznaczone z wielu źródeł, które opierają się na różnych danych oraz technikach satelitarnych i naziemnych. Różne źródła danych – satelitarne, geofizyczne oraz geodezyjne – zostaną zintegrowane z wykorzystaniem algorytmów uczenia maszynowego oraz sztucznej inteligencji. Zostanie zbadany wpływ ziemskiej grawitacji na zmienność długości doby oraz przemieszczanie się bieguna Ziemi oraz jak zmiany pola grawitacyjnego wpływają na ruch sztucznych satelitów oraz pozycje stacji GPS na powierzchni Ziemi.
      Projekt, który w ramach konkursu SONATA BIS 11 zdobył finansowanie z Narodowego Centrum Nauki w wysokości 2 196 000 zł zakłada wyznaczenie modeli z wykorzystaniem zintegrowanych obserwacji. Będzie łączył laserowe pomiary do satelitów geodezyjnych, współrzędnych stacji GNSS, satelitów nisko-orbitujących wyposażonych w odbiorniki GNSS, dane z satelitów GRACE oraz modele geofizyczne.
      W ramach tego projektu będziemy wyprowadzać i analizować czasowe, zintegrowane i wielosatelitarne modele pola grawitacyjnego Ziemi, na podstawie danych sięgających od lat 80, co da nam pełniejszy ogląd ewolucji pola grawitacyjnego – mówi prof. Sośnica.
      Badania te dadzą fundamentalny wgląd w procesy zachodzące w systemie ziemskim i będą miały zasadnicze znaczenie dla misji satelitarnych do obserwacji i pomiarów Ziemi wymagających wyznaczenia orbit satelitów z największą dokładnością.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...