El sistema de monitoreo de impacto de asteroides de próxima generación de la NASA se pone en línea

Este gráfico muestra las órbitas de 2.200 objetos potencialmente peligrosos calculados por el Centro JPL de Estudios de Objetos Cercanos a la Tierra (CNEOS). Se ha destacado la órbita del doble asteroide Didymus, un objetivo de la misión Prueba de redireccionamiento de doble asteroide (DART) de la NASA. Crédito: NASA / JPL-Caltech

El nuevo sistema mejora las capacidades NASA Laboratorio de propulsión a chorroEl Centro de Estudios de Objetos Cercanos a la Tierra para evaluar el impacto de los asteroides que podrían acercarse a nuestro planeta.

Hasta la fecha, aproximadamente 28.000 asteroides cercanos a la Tierra (NEA) Se han encontrado A través de telescopios de exploración que exploran constantemente el cielo nocturno, se agregan nuevos descubrimientos a un ritmo de aproximadamente 3.000 por año. Pero a medida que los telescopios de exploración más grandes y avanzados envíen la búsqueda durante los próximos años, se espera un rápido aumento de los descubrimientos. Anticipándose a este aumento, los astrónomos de la NASA han desarrollado un algoritmo de monitoreo de impacto de próxima generación llamado Sentry-II para evaluar mejor las probabilidades de un impacto NEA.

La cultura popular a menudo retrata a los asteroides como cuerpos caóticos que deambulan aleatoriamente por nuestro sistema solar, cambiando de rumbo inesperadamente y amenazando a nuestro planeta sin previo aviso. Esta no es la realidad. Los asteroides son cuerpos celestes altamente predecibles que obedecen las leyes de la física y siguen trayectorias orbitales conocidas alrededor del sol.

Pero a veces estos caminos pueden acercarse mucho a la ubicación futura de la Tierra y, debido a las pequeñas incertidumbres en la ubicación de los asteroides, no se puede descartar por completo la influencia de la Tierra en el futuro. Por lo tanto, los astrónomos utilizan un sofisticado software de monitoreo de impactos para calcular automáticamente los riesgos de impacto.

Es operado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y el Centro de Estudios de Objetos Cercanos a la Tierra (CNEOS).cártamo(Calcula cada órbita NEA conocida para mejorar las evaluaciones de riesgo de impacto en apoyo de la Oficina de Coordinación de Defensa Planetaria de la NASA)PDCO). CNEOS monitoreó los riesgos de impacto planteados por los NEA utilizando un programa llamado Sentry, desarrollado por JPL en 2002.

dijo Javier Roa Vicens, quien dirigió el desarrollo del Sentry-II mientras trabajaba en JPL como ingeniero de navegación y recientemente se mudó a SpaceX. “Se basó en algunas matemáticas muy inteligentes: en menos de una hora, puede obtener de manera confiable la probabilidad de un impacto de asteroide recién descubierto en los próximos 100 años, una hazaña asombrosa”.

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Pero con Sentry-II, la NASA tiene una herramienta que puede calcular rápidamente las probabilidades de impacto para todos los NEA conocidos, incluidos algunos casos especiales no capturados por el Sentry original. Sentry-II informa de las cosas más peligrosas en CNEOS mesa de guardia.

Al calcular sistemáticamente las probabilidades de impacto con este nuevo método, los investigadores hicieron que el sistema de monitoreo de impactos fuera más robusto, lo que permitió a la NASA evaluar con confianza todos los impactos potenciales con probabilidades tan bajas como unas pocas en 10 millones.

casos especiales

Cuando un asteroide viaja a través del sistema solar, la gravedad del sol determina la trayectoria de su órbita, y la gravedad de los planetas tirará de su trayectoria de formas predecibles. El Sentinel ha modelado con gran precisión cómo estas fuerzas gravitacionales dan forma a la órbita del asteroide, ayudando a predecir su futuro lejano. Pero no puede calcular fuerzas distintas de la gravedad, la más importante de las cuales son las fuerzas térmicas provocadas por el calor del sol.

Cuando un asteroide orbita, la luz solar calienta el lado del cuerpo durante el día. Luego, la superficie caliente gira hacia el lado oscuro de la noche del asteroide y se enfría. La energía infrarroja se libera a medida que se enfría, generando un empuje pequeño pero continuo sobre el asteroide. Este fenómeno se conoce como efecto Yarkovsky, que tiene poco efecto sobre el movimiento del asteroide durante períodos cortos, pero puede cambiar su curso drásticamente durante décadas y siglos.

Este video explica cómo se determinó la órbita del asteroide Bennu alrededor del sol al observar las fuerzas gravitacionales y no gravitacionales, lo que ayuda a los científicos a comprender cómo cambiará la trayectoria del asteroide con el tiempo. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

“El hecho de que Sentry no pudiera manejar automáticamente el efecto Yarkovsky fue una limitación”, dijo Davide Farnocchia, un ingeniero de navegación en JPL que también ayudó a desarrollar Sentry-II. “Cada vez que nos encontramos con un caso especial, como los asteroides Apophis, Bennu o 1950 d.C. – Tuvimos que realizar análisis manuales complejos y laboriosos. Con Sentry-II, ya no tenemos que hacer eso “.

Animación de la colisión de asteroides Bennu

Utilizando la Red de Espacio Profundo de la NASA y modelos informáticos modernos, los científicos han podido reducir drásticamente las incertidumbres en la órbita de Bennu, determinando que la probabilidad de que su impacto total durante el año 2300 sea de aproximadamente 1 en 1750 (o 0,057%). Los investigadores también pudieron identificar el 24 de septiembre de 2182 como la fecha más significativa en términos de impacto potencial, con una probabilidad de impacto de 1 en 2700 (o aproximadamente 0.037%). Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

Otro problema con el algoritmo Sentry original era que a veces no podía predecir con precisión la probabilidad de impacto de asteroides que tenían encuentros muy cercanos con la Tierra. El movimiento de estas regiones cercanas a la Tierra está significativamente sesgado por la gravedad de nuestro planeta, y las incertidumbres orbitales después de una coincidencia pueden crecer exponencialmente. En estos casos, las cuentas antiguas de Sentry pueden fallar y requerir una intervención manual. Sentry-II no tiene esta limitación.

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“En términos de números, los casos especiales que encontramos fueron una porción muy pequeña de todos los NEA para los que estábamos calculando las probabilidades del efecto”, dijo Roa Vicens. “Pero descubriremos más de estos casos especiales cuando se llame a la misión de estudio de objetos cercanos a la Tierra planificada por la NASA y el Observatorio Vera C Rubin en Chile, por lo que debemos estar preparados”.

Muchas agujas, un pajar

Así es como se calculan las probabilidades de impacto: cuando los telescopios rastrean un nuevo NEA, los astrónomos miden las posiciones observadas del asteroide en el cielo y las informan al centro de los planetas menores. Luego, CNEOS usa estos datos para determinar la probable órbita del asteroide alrededor del sol. Pero dado que existe cierta incertidumbre sobre la ubicación del asteroide observado, su “órbita probable” puede no representar su verdadera órbita. La verdadera órbita se encuentra en algún lugar dentro de la zona de incertidumbre, como una nube de posibilidades que rodea la órbita más probable.

Para evaluar si el efecto es posible y reducir dónde podría estar la verdadera órbita, el Sentry original podría hacer algunas suposiciones sobre cómo se desarrollará el área de incertidumbre. Luego elige un conjunto de puntos espaciados uniformemente a lo largo de una línea que se extiende hacia la región de incertidumbre. Cada punto representa una posible ubicación actual diferente del asteroide.

Sentry luego adelanta el reloj, observa esos “asteroides virtuales” que orbitan alrededor del sol y ve si alguno de ellos se ha acercado a la Tierra en el futuro. Si es así, se necesitarían más cálculos para “acercar” para ver si algún punto intermedio podría haber afectado a la Tierra y, de ser así, para estimar la probabilidad de impacto.

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Esta animación muestra un ejemplo de cómo se desarrollan con el tiempo las incertidumbres en la órbita de un asteroide cercano a la Tierra. Después de que un asteroide de este tipo se encuentra de cerca con la Tierra, el área de incertidumbre se vuelve más grande, lo que dificulta la evaluación de la probabilidad de impactos futuros. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Sentry-II tiene una filosofía diferente. El nuevo algoritmo diseña miles de puntos aleatorios que no están limitados por ninguna suposición sobre cómo evolucionará la región de incertidumbre; En cambio, elige puntos aleatorios en toda la región de incertidumbre. Luego, el algoritmo Sentry-II pregunta: ¿Cuáles son los posibles orbitales dentro completo ¿Un área de incertidumbre que puede chocar contra el suelo?

De esta manera, los cálculos de la determinación orbital no están conformados por supuestos predeterminados sobre las partes de la zona de incertidumbre que conducirían a un impacto potencial. Esto permite que Sentry-II se concentre en escenarios de impacto de muy baja probabilidad, que Sentry puede haber pasado por alto.

Farnocchia compara el proceso con buscar agujas en un pajar: las agujas son los escenarios de impacto potencial y el pajar es el área de incertidumbre. Cuanto mayor sea la incertidumbre en la ubicación del asteroide, mayor será el pajar. El cuidador martillaba al azar el pajar miles de veces en busca de agujas ubicadas cerca de una sola línea que atravesaba el pajar. Se suponía que seguir esta línea era la mejor forma de encontrar agujas. Pero Sentry-II no asume ninguna racha y en su lugar arroja miles de pequeños imanes al azar por todo el pajar, que se atraen rápidamente a las agujas cercanas y luego las encuentran.

“Sentry-II es un avance fantástico en la búsqueda de pequeñas probabilidades de impacto para una amplia gama de escenarios”, dijo Steve Chesley, investigador principal de JPL, quien dirigió el desarrollo de Sentry y colaboró ​​en Sentry-II. “Cuando las consecuencias de una futura colisión de asteroides son muy grandes, es útil encontrar los riesgos de colisión más pequeños ocultos en los datos”.

Un estudio que describe Sentry-II se ha publicado en Diario astronómico El 1 de diciembre de 2021.

Referencia: “Un nuevo enfoque para observar el impacto de asteroides” por Javier Roa, Davide Varnocchia y Stephen R. Chesley, 1 de diciembre de 2021 Disponible aquí. Diario astronómico.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / ac193f

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