أصبح نظام مراقبة تأثير الكويكبات من الجيل التالي التابع لناسا على الإنترنت

يوضح هذا الرسم البياني مدارات 2200 من الأجسام التي يحتمل أن تكون خطرة حسب حساب مركز JPL لدراسات الأجسام القريبة من الأرض (CNEOS). تم تسليط الضوء على مدار الكويكب المزدوج ديديموس ، وهو هدف مهمة اختبار إعادة توجيه الكويكبات المزدوجة (DART) التابعة لناسا. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

النظام الجديد يحسن قدرات ناسا مختبر الدفع النفاثمركز دراسات الأجسام القريبة من الأرض لتقييم مخاطر تأثير الكويكبات التي يمكن أن تقترب من كوكبنا.

حتى الآن ، ما يقرب من 28000 كويكب قريب من الأرض (NEAs) تم العثور على من خلال تلسكوبات المسح التي تمسح سماء الليل باستمرار ، مضيفة الاكتشافات الجديدة بمعدل حوالي 3000 في السنة. ولكن نظرًا لأن تلسكوبات المسح الأكبر والأكثر تقدمًا تشحن البحث خلال السنوات القليلة المقبلة ، فمن المتوقع حدوث زيادة سريعة في الاكتشافات. تحسبًا لهذه الزيادة ، طور علماء الفلك في ناسا خوارزمية مراقبة التأثير من الجيل التالي تسمى Sentry-II لتقييم احتمالات تأثير NEA بشكل أفضل.

غالبًا ما تصور الثقافة الشعبية الكويكبات على أنها أجسام فوضوية تتجول عشوائياً حول نظامنا الشمسي ، وتغير مسارها بشكل غير متوقع وتهدد كوكبنا دون سابق إنذار. هذا ليس الواقع. الكويكبات هي أجرام سماوية يمكن التنبؤ بها بشكل كبير والتي تخضع لقوانين الفيزياء وتتبع مسارات مدارية معروفة حول الشمس.

لكن في بعض الأحيان ، يمكن أن تقترب هذه المسارات كثيرًا من موقع الأرض في المستقبل ، وبسبب الشكوك الصغيرة في مواقع الكويكبات ، لا يمكن استبعاد تأثير الأرض في المستقبل تمامًا. لذلك ، يستخدم علماء الفلك برنامجًا متطورًا لمراقبة التأثير لحساب مخاطر التأثير تلقائيًا.

يديره مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا في جنوب كاليفورنيا ، ومركز دراسات الأجسام القريبة من الأرض (القرطم) يحسب كل مدار NEA معروف لتحسين تقييمات مخاطر التأثير لدعم مكتب تنسيق الدفاع الكوكبي التابع لناسا (PDCO). رصد CNEOS مخاطر التأثير التي تشكلها NEAs باستخدام برنامج يسمى Sentry ، تم تطويره بواسطة JPL في عام 2002.

قال Javier Roa Vicens ، الذي قاد تطوير Sentry-II أثناء عمله في JPL كمهندس ملاحة وانتقل مؤخرًا إلى سبيس اكس. “لقد كان يعتمد على بعض الرياضيات الذكية للغاية: في أقل من ساعة ، يمكنك الحصول بشكل موثوق على احتمالية اصطدام كويكب تم اكتشافه حديثًا خلال المائة عام القادمة – وهو إنجاز مذهل.”

ولكن مع تطبيق Sentry-II ، تمتلك ناسا أداة يمكنها بسرعة حساب احتمالات التأثير لجميع NEAs المعروفة ، بما في ذلك بعض الحالات الخاصة التي لم يتم التقاطها بواسطة Sentry الأصلي. يقوم Sentry-II بالإبلاغ عن الأشياء الأكثر خطورة في CNEOS طاولة الحراسة.

من خلال حساب احتمالات التأثير بشكل منهجي بهذه الطريقة الجديدة ، جعل الباحثون نظام مراقبة التأثير أكثر قوة ، مما مكن ناسا من تقييم جميع التأثيرات المحتملة بثقة مع احتمالات منخفضة مثل فرص قليلة في 10 ملايين.

حالات خاصة

عندما ينتقل كويكب عبر النظام الشمسي ، فإن جاذبية الشمس تحدد مسار مداره ، كما أن جاذبية الكواكب ستجذب مسارها بطرق يمكن التنبؤ بها. صمم الحارس بدقة عالية كيف أن قوى الجاذبية هذه تشكل مدار الكويكب ، مما يساعد على التنبؤ بمكانه البعيد في المستقبل. لكنها لا تستطيع حساب قوى غير الجاذبية ، وأهمها القوى الحرارية التي تسببها حرارة الشمس.

عندما يدور كويكب ، يسخن ضوء الشمس جانب يوم الجسم. ثم يدور السطح الساخن إلى الجانب الليلي المظلل للكويكب ويبرد. يتم إطلاق طاقة الأشعة تحت الحمراء أثناء تبريدها ، مما يؤدي إلى توليد قوة دفع صغيرة ولكنها مستمرة على الكويكب. تُعرف هذه الظاهرة باسم تأثير ياركوفسكي ، والتي لها تأثير ضئيل على حركة الكويكب على مدى فترات قصيرة ولكن يمكن أن تغير مسارها بشكل كبير على مدى عقود وقرون.

https://www.youtube.com/watch؟v=xCjMKpZipiw
يشرح هذا الفيديو كيف تم تحديد مدار الكويكب بينو حول الشمس من خلال النظر في قوى الجاذبية وغير الجاذبية ، مما يساعد العلماء على فهم كيف سيتغير مسار الكويكب بمرور الوقت. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

قال Davide Farnocchia ، مهندس الملاحة في JPL الذي ساعد أيضًا في تطوير Sentry-II: “كانت حقيقة أن Sentry لا يمكنه التعامل تلقائيًا مع تأثير Yarkovsky بمثابة قيد”. “في كل مرة صادفنا حالة خاصة – مثل الكويكبات Apophis أو Bennu أو 1950 م – كان علينا إجراء تحليلات يدوية معقدة وتستغرق وقتًا طويلاً. مع Sentry-II ، لم يعد علينا فعل ذلك بعد الآن “.

باستخدام شبكة الفضاء السحيق التابعة لوكالة ناسا ونماذج الكمبيوتر الحديثة ، تمكن العلماء من تقليص حالات عدم اليقين في مدار بينو بشكل كبير ، وتحديد احتمال تأثيرها الإجمالي خلال عام 2300 هو حوالي 1 في 1750 (أو 0.057٪). تمكن الباحثون أيضًا من تحديد تاريخ 24 سبتمبر 2182 باعتباره التاريخ الوحيد الأكثر أهمية من حيث التأثير المحتمل ، مع احتمال تأثير 1 من 2700 (أو حوالي 0.037٪). الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

كانت هناك مشكلة أخرى في خوارزمية Sentry الأصلية وهي أنها في بعض الأحيان لا يمكنها التنبؤ بدقة باحتمالية تأثير الكويكبات التي تتعرض لمواجهات قريبة للغاية مع الأرض. تنحرف حركة هذه NEAs بشكل كبير بسبب جاذبية كوكبنا ، ويمكن أن تنمو الشكوك المدارية بعد اللقاء بشكل كبير. في هذه الحالات ، قد تفشل حسابات Sentry القديمة ، مما يتطلب تدخلاً يدويًا. لا يمتلك تطبيق Sentry-II هذا القيد.

قال Roa Vicens: “من حيث الأرقام ، كانت الحالات الخاصة التي وجدناها جزءًا صغيرًا جدًا من جميع NEAs التي كنا نحسب احتمالات التأثير لها”. “لكننا سنكتشف المزيد من هذه الحالات الخاصة عندما تدخل مهمة مساح الأجسام القريبة من الأرض المخطط لها من وكالة ناسا ومرصد فيرا سي روبين في تشيلي على الإنترنت ، لذلك نحن بحاجة إلى أن نكون مستعدين.”

العديد من الإبر ، كومة قش واحدة

هذه هي الطريقة التي يتم بها حساب احتمالات التأثير: عندما تتعقب التلسكوبات منطقة NEA جديدة ، يقيس علماء الفلك مواقع الكويكب المرصودة في السماء ويبلغون بها إلى مركز الكواكب الصغيرة. ثم يستخدم CNEOS هذه البيانات لتحديد مدار الكويكب المحتمل حول الشمس. ولكن نظرًا لوجود قدر طفيف من عدم اليقين في الموقع المرصود للكويكب ، فقد لا يمثل “مداره المحتمل” مداره الحقيقي. يقع المدار الحقيقي في مكان ما داخل منطقة عدم اليقين ، مثل سحابة من الاحتمالات المحيطة بالمدار الأكثر احتمالية.

لتقييم ما إذا كان التأثير ممكنًا وتضييق النطاق حيث قد يكون المدار الحقيقي ، فإن Sentry الأصلي يضع بعض الافتراضات حول كيفية تطور منطقة عدم اليقين. ثم يختار مجموعة من النقاط المتباعدة بشكل متساوٍ على طول خط يمتد إلى منطقة عدم اليقين. تمثل كل نقطة موقعًا مختلفًا حاليًا محتملًا للكويكب.

ثم يقوم Sentry بإيصال عقارب الساعة إلى الأمام ، ومشاهدة تلك “الكويكبات الافتراضية” التي تدور حول الشمس ، ومعرفة ما إذا كان أي منها قد اقترب من الأرض في المستقبل. إذا كان الأمر كذلك ، فستكون هناك حاجة إلى مزيد من الحسابات “للتكبير” لمعرفة ما إذا كانت أي نقاط وسيطة قد تؤثر على الأرض ، وإذا حدث ذلك ، فقم بتقدير احتمال التأثير.

https://www.youtube.com/watch؟v=XrQzyte8PKY
تُظهر هذه الرسوم المتحركة مثالاً على كيفية تطور حالات عدم اليقين في مدار كويكب قريب من الأرض مع مرور الوقت. بعد مواجهة مثل هذا الكويكب عن قرب مع الأرض ، تصبح منطقة عدم اليقين أكبر ، مما يجعل احتمالية حدوث تأثيرات مستقبلية أكثر صعوبة في التقييم. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

Sentry-II له فلسفة مختلفة. تصمم الخوارزمية الجديدة آلاف النقاط العشوائية غير المقيدة بأي افتراضات حول كيفية تطور منطقة عدم اليقين ؛ بدلاً من ذلك ، يختار نقاطًا عشوائية في جميع أنحاء منطقة عدم اليقين بأكملها. ثم تسأل خوارزمية Sentry-II: ما هي المدارات المحتملة داخل بأكمله منطقة عدم اليقين التي يمكن أن تضرب الأرض؟

بهذه الطريقة ، لا تتشكل حسابات تحديد المدار من خلال افتراضات محددة مسبقًا حول أجزاء منطقة عدم اليقين التي قد تؤدي إلى تأثير محتمل. هذا يسمح لـ Sentry-II بالتركيز على سيناريوهات التأثير ذات الاحتمالية المنخفضة للغاية ، والتي ربما فاتها Sentry.

يشبه Farnocchia العملية بالبحث عن الإبر في كومة قش: الإبر هي سيناريوهات التأثير المحتملة ، وكومة القش هي منطقة عدم اليقين. كلما زاد عدم اليقين في موقع الكويكب ، زاد حجم كومة القش. كان الحارس يدق بشكل عشوائي في كومة القش آلاف المرات بحثًا عن الإبر الموجودة بالقرب من خط واحد يمتد عبر كومة القش. كان الافتراض أن اتباع هذا الخط هو أفضل طريقة للبحث عن الإبر. لكن Sentry-II لا يفترض أي خط وبدلاً من ذلك يلقي آلاف المغناطيسات الصغيرة بشكل عشوائي في جميع أنحاء كومة القش ، والتي تنجذب بسرعة إلى الإبر القريبة ثم تجدها.

قال ستيف تشيسلي ، كبير الباحثين في مختبر الدفع النفاث ، والذي قاد تطوير Sentry وتعاون في Sentry-II: “يعد Sentry-II تقدمًا رائعًا في العثور على احتمالات تأثير صغيرة لمجموعة كبيرة من السيناريوهات”. “عندما تكون عواقب اصطدام كويكب في المستقبل كبيرة جدًا ، فمن المفيد العثور على أصغر مخاطر التصادم المختبئة في البيانات.”

تم نشر دراسة تصف Sentry-II في المجلة الفلكية في 1 ديسمبر 2021.

المرجع: “نهج جديد لرصد تأثير الكويكب” بقلم جافير روا ودافيدي فارنوكيا وستيفن آر تشيسلي ، 1 ديسمبر 2021 ، المجلة الفلكية.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / ac193f