После примерно 10 лет строительства обсерватория Веры Рубин (VRO) должна увидеть свой первый свет в январе 2025 года. После ввода в эксплуатацию он начнет свое 10-летнее исследование пространства и времени (LSST), в рамках которого каждые несколько ночей будет фотографироваться все видимое небо. Он будет изучать темную энергию и темную материю, составлять карту Млечного Пути и обнаруживать переходные астрономические события и небольшие объекты Солнечной системы, такие как околоземные объекты (ОСЗ).
Новое исследование показывает, что LSST будет обнаруживать около 130 ОСЗ за ночь в первый год наблюдений.
ОСЗ — это небольшие тела в Солнечной системе, обычно астероиды, которые вращаются вокруг Солнца и приближаются к нему на расстояние 1,3 астрономических единицы. Если ОСЗ когда-либо пересечет орбиту Земли, он считается потенциально опасным объектом (ПО). НАСА в настоящее время каталогизирует ОСЗ, и, хотя оно добилось прогресса, многие еще предстоит найти.
Согласно новому исследованию, предстоящий LSST сможет обнаружить около 130 ОСЗ за ночь. Исследование называется «Ожидаемое влияние LSST обсерватории Рубина на наблюдение за ОСЗ» и все еще находится в процессе рецензирования, но доступно на сайте допечатной подготовки arxiv.org. Ведущий автор — Том Вагг, аспирант Института DiRAC и факультета астрономии Вашингтонского университета в Сиэтле.
«Мы моделируем и анализируем вклад исследования космического пространства и наследия обсерватории Рубин.
Время (LSST) до скорости обнаружения кандидатов на объекты, сближающиеся с Землей (NEO), — пишут авторы. Они также проанализировали количество заявок на страницу подтверждения NEO (NEOCP) и то, как это повлияет на глобальную систему последующего мониторинга NEO.
Проблема с ОСЗ в том, что они не обязательно остаются ОСЗ. Часть из них — примерно пятая часть — подходит настолько близко к Земле, что даже небольшое возмущение может вывести их на путь, пересекающийся с орбитой Земли. Это источники потенциально катастрофических столкновений. Еще одной подгруппой этих объектов являются так называемые потенциально опасные астероиды (ПГА). Они достаточно массивны, чтобы проникнуть в атмосферу Земли и поразить поверхность планеты. Чтобы считаться PHA, объект должен иметь диаметр около 140 метров.
Центр малых планет ведет базу данных ОСЗ, и постоянно добавляются новые. Новые открытия фиксируются на странице подтверждения NEO (NEOCP), но изначально они являются лишь кандидатами. Последующие наблюдения требуют ресурсов для точного определения орбиты и размера кандидата.
Если LSST ежедневно будет регистрировать еще 130 ОСЗ, что в восемь раз превышает нынешний показатель обнаружения, расследование потребует огромного объема последующей работы. Согласно стандартному компьютерному алгоритму, который их оценивает, под названием Digest2, ОСЗ считаются кандидатами только в том случае, если они соответствуют определенным критериям, а это можно определить только посредством последующих наблюдений с другими телескопами.
Однако, поскольку ожидается еще много открытий, могут возникнуть проблемы.
«Цель этой статьи — количественно оценить влияние Рубина на сообщество последователей NEO и рассмотреть возможные стратегии по смягчению этого воздействия», — пишут авторы.
Большинство NEO, обнаруженных LSST, найдены с использованием метода, называемого «связывание треклетов». Связывание треклетов — это «вычислительный метод, при котором по крайней мере три пары наблюдений («треков»), наблюдаемых в течение 15 ночей, идентифицируются как принадлежащие одному и тому же объекту», — объясняют авторы. Проблема в том, что связывание треклетов может занять время и стоит дорого. «…объект не идентифицируется как интересный до тех пор, пока не будет сфотографирован третий треклет – в лучшем случае через две ночи после первого наблюдения или в худшем случае почти через две недели», – пишут авторы. Это означает, что система может пропустить интересные или опасные объекты, пока не станет слишком поздно наблюдать за ними для подтверждения.
С другими телескопами вы можете обойти эту проблему. Вы можете сделать несколько последовательных изображений треклетов, чтобы создать более надежные открытия, которые можно будет немедленно отслеживать. Однако VRO не может этого сделать, поскольку LSST представляет собой автоматизированное расследование.
Однако он может случайным образом захватывать три или более треков на меньших участках неба, где его поля наблюдения перекрываются. «Такие треклеты можно сразу идентифицировать и, если предположить, что они соответствуют требованиям Дайджест2 Критерии оценки переданы в Центр малых планет и включены в NEOCP», — пишут авторы. Из-за масштаба, говорят авторы, этот процесс можно автоматизировать и не требует человеческого контроля.
Исследователи смоделировали обнаружения LSST, чтобы проверить свою идею и посмотреть, сможет ли она уменьшить нагрузку на последующие наблюдения. «Мы представляем алгоритм, позволяющий предсказать, обнаружит ли LSST объект позже снова.
«Результаты доступны за одну ночь наблюдений (и устраняют необходимость в дальнейшем наблюдении со стороны сообщества)», — объясняют они. Они хотели выяснить, насколько эффективно это будет в сокращении количества объектов, требующих последующих наблюдений.
Они начали с моделирования почти 3600 дней LSST, что соответствует почти миллиарду наблюдений.
Из своих данных они выбрали наблюдения, соответствующие треклетам. Отдельные треклеты не определяют орбиту, но могут ограничивать возможные орбиты по сравнению с известными орбитами Солнечной системы. Дайджест2 Алгоритм сравнивает наблюдаемые треклеты с смоделированным каталогом объектов Солнечной системы, чтобы оценить вероятность того, что объект является ОСЗ. Он берет все данные и оценивает возможные орбиты объектов.
На данный момент количество возможных ОСЗ все еще огромно. Популяция-кандидат не является очень чистой выборкой и все еще содержит не-ОСЗ, такие как астероиды главного пояса.
Большинство примесей вызвано астероидами главного пояса, и когда они обнаруживаются, чистота увеличивается. Моделирование показывает, что чистота постоянно увеличивается и прекращается примерно через пять месяцев. Нечто подобное происходит и со скоростью подачи заявок. Примерно через 150 ночей уровень отправки достигает устойчивого состояния — около 95 за ночь.
LSST неоднократно делает снимки неба в перекрывающихся полях. Исследователи полагали, что если они смогут определить, какие треки LSST будет повторно наблюдать во время работы, они смогут уменьшить бремя последующих наблюдений.
«Если бы мы могли предсказать, какие объекты будут отслеживаться самой LSST, это снизило бы нагрузку на систему отслеживания и позволило бы сообществу сосредоточиться на тех, которые действительно нуждаются в идентификации внешнего отслеживания», — объясняют авторы. Исследователи разработали алгоритм для расчета совокупности расстояний и лучевых скоростей одного наблюдаемого треклета.
«Сейчас мы исследуем влияние применения алгоритма вероятности обнаружения LSST на снижение нагрузки на NEOCP», — пишут авторы. Следующее изображение иллюстрирует это.
В целом алгоритм предсказал правильный результат в 68% случаев. Кроме того, около 64 объектов, передаваемых в NEOCP каждую ночь, потребуют внешнего отслеживания, но только около 8,3%, или около пяти, из этих объектов будут ОСЗ. Алгоритм минимально повысит точность, но сократит усилия по отслеживанию в два раза.
Исследователи говорят, что другие изменения в алгоритме могут улучшить его и сделать обнаружение LSST NEO более надежным, не требуя при этом большого количества трудоемких последующих наблюдений.
В своем заключении авторы пишут: «Вклады LSST увеличат количество ночных заявок NEOCP.
в 8 раз в первый год до в среднем 129 объектов недвижимости за ночь». Однако доля подтвержденных объектов недвижимости низка и составляет около 8,3%, но со временем будет увеличиваться.
Ожидается, что LSST сгенерирует 200 петабайт несжатых данных, или около 200 миллионов гигабайт, за десятилетний срок службы. Это исследование показывает, что управление объемом данных, которые будет генерировать LSST, требует новых методов.
Это может показаться отдаленной проблемой, но крайне важно понимать угрозу, которую ОСЗ представляют для Земли. Поскольку мы стремимся выяснить, как защитить планету от них, важно их всех каталогизировать.
