سیستم ردیابی فضایی ثور می‌تواند سنگ‌های فضایی قاتل را شناسایی کند

به نظر می‌رسد با معرفی سیستم ثور، تحولی عظیم در الگوریتم‌های ردیابی شهاب سنگ‌های خطرناک رخ خواهد داد و شناسایی این اجرام، راحتتر از پیش خواهد شد.

سیارک‌های غول‌پیکر قبلا به زمین برخورد کرده‌اند (خدا رحمت کند دایناسورها را) و اگر مراقب آن سنگ‌های فضایی بی‌رحم نباشیم، ممکن است دوباره با عواقب ویران‌کننده‌ آن‌ها روبه رو شویم. به همین دلیل است که اد لو و دانیکا رمی از موسسه سیارک‌ها، پروژه جدیدی را برای ردیابی هر چه دقیق‌تر این سنگ‌های فضایی آغاز کرده‌اند.

لو، فضانورد سابق ناسا و مدیر اجرایی این مؤسسه، تیمی را رهبری می‌کند که الگوریتم جدیدی به نام THOR را توسعه داده‌اند که از قدرت محاسباتی بی‌نظیری استفاده می‌کند تا به مقایسه نقاط نوری در تصاویر مختلف از آسمان شب بپردازد و سپس آنها را با هم تطبیق دهد. بر اساس گزارش منتشر شده از این تیم، سیستم جدید آنها تاکنون موفق به کشف 104 سیارک شده است.

در حالی که ناسا، آژانس فضایی اروپا و سایر سازمان‌ها سیستم جستجوی شهاب سنگ مخصوص به خود را دارند، اما همه آنها با چالش بزرگی روبه رو هستند؛ تجزیه و تحلیل تصاویر تلسکوپی که در خود داده‌هایی از هزاران یا حتی میلیون‌ها سیارک را گنجانده‌اند. برخی از این تلسکوپ‌ها نمی‌توانند چندین عکس از یک ناحیه و در یک شب بگیرند که موقعیت یابی سیارکی خاص در چندین تصویر متفاوت در بازه‌های زمانی مختلف را دشوار می‌کند. اما برخلاف سیستم‌های قدیمی، ثور می‌تواند بین این تصاویر ارتباط برقرار کند.

چیزی که ثور را به سیستمی خارق‌العاده تبدیل می‌کند این است که می‌تواند از بین تصاویر تمام سیارک‌ها، تشخصی دهد که این سیارک در تصویر 1 و این یکی در تصویر چهار شب پیش و این یکی سیارک در تصویرِ هفت شب پیش، همگی یک شی هستند و می‌تواند مسیر حرکتی سیارک مذکور را ترسیم کند. لو می‌گوید: « این امر امکان ردیابی مسیر شهاب‌سنگ را در حین حرکت فراهم می‌کند و می‌تواند تعیین کند که آیا این شی در مسیر زمین قرار دارد یا خیر. او اضافه کرد که چنین کار بزرگی با رایانه‌های قدیمی و کند امکان‌پذیر نبود. این موضوع، نشانه‌ای از اهمیت محاسبات در علم نجوم است. چیزی که به پیشرفت نجوم کمک کرده، پیشرفت تکنولوژی محاسبات، ارزانی و دسترسی بالای آن است.

اخترشناسان معمولاً سیارک‌ها را با سیستمی به نام «ردیاب» کاوش می‌کنند، برداری که با تحلیل چندین عکس رسم می‌شود و معمولا فاصله زمانی ثبت عکس‌ها یک ساعت است. این بردارها اغلب شامل یک الگو با شش تصویر یا بیشتر می‌شوند که محققان می‌توانند از آن‌ها برای بازسازی مسیر سیارک استفاده کنند. اما اگر داده‌ها ناقص باشند – مثلا یکی از شب‌ها ابری باشد نتوان از تلسکوپ استفاده کرد – آن‌گاه آن سیارک در رده «تایید نشده» یا «غیرقابل ردیابی» قرار می‌گیرد. اینجاست که سیستم ثور، مخفف عبارت Tracklet-less Heliocentric Orbit Recovery وارد عمل می‌شود و امکان تعیین مسیر این سیارک‌های خجالتی را فراهم می‌کند.

در حالی که ناسا از تلسکوپ‌ها و سیستم‌های اختصاصی مختلف جهت شناسایی سیارک‌های خطرناک استفاده می‌کند، اما حقیقت این است که تعداد داده‌های موجود به شدت زیاد و پیچیده است. اما سیستم ثور می‌تواند تقریباً از هر همه این داده‌ها به نحو احسنت استفاده کند. ثور می‌تواند هر مجموعه داده نجومی از هر سیارک را دسته‌بندی و امکان جستجوی سیارک‌ها را برای محقق فراهم کند. این مورد، یکی از جالب‌ترین ویژگی‌های الگوریتم ثور است. برای پیش‌نمایش اولیه این ویژگی، موینس، لو و همکارانشان میلیاردها عکس ثبت‌شده بین سال‌های 2012 تا 2019 را از تلسکوپ‌های رصدخانه ملی نجوم جمع‌آوری کردند که بسیاری از آنها توسط تلسکوپ 4 متری بلانکو در کوه‌های آندس شیلی گرفته شده بود.

واضح است که سیستم ثور، مشتریان زیادی از جمله آژانس‌های فضایی دولتی مانند ناسا و ESA خواهد داشت؛ به خصوص برای پروژه‌ها و ماموریت‌هایی که می‌خواهند مسیر فضاپیمای خود را به کمک تصاویر گرفته‌شده توسط تلسکوپ‌های دولتی ترسیم کنند. اما این ابتکار، پروژه‌ای تحت حمایت بودجه فدرال نیست. پول پروژه THOR کاملا از کمک‌های مالی خصوصی به دست آمده است.

این دستاورد موسسه سیارک‌ها، برنامه‌ای از بنیاد غیرانتفاعی B612 مستقر در کالیفرنیا است و بخشی از چشم‌انداز گسترده‌تر این موسسه محسوب می‌شود. B612 با هدف محافظت از سیاره در برابر برخورد سیارک‌ها تأسیس شده است. دانیکا رمی، رئیس B612 می‌گوید که این هدف اصلی ما است؛ ساخت ابزارها و فناوری‌هایی که به ما امکان می‌دهد سیارک‌ها را شناسایی، نقشه‌برداری و منحرف کنیم. به هر حال اگر شهاب‌سنگی در مسیر برخورد با زمین باشد، مهم است که از قبل هشداری دریافت کنیم تا راهی برای تغییر مسیر آن بیابیم.

سیستم ثور بر روی ADAM اجرا می‌شود؛ پلتفرمی برای کشف، تحلیل و نقشه‌برداری از سیارک‌ها که سیستمی محاسباتی با منبع باز محسوب می‌شود و با استفاده از Google Cloud اجرا می‌شود. گوگل با ارائه محاسبات ابری و ذخیره‌سازی و همچنین مشاوره در مورد نحوه استفاده از ابزارها و سیستم‌های اختصاصی خود از این پروژه پشتیبانی کرده است. رمی عنوان کرده که ADAM از الگوریتم‌های اضافی میزبانی می‌کند و مجموعه داده‌های جدید را در ورودی خود ترکیب می‌کند.

تیم THOR پتانسیل نمایش مسیر سیارک‌های متعددی را در همسایگی‌مان نشان داده‌اند، اما «اخطارهای جدی» کمی وجود دارد. پل چوداس، مدیر مرکز «شناسایی اجرام فضایی خطرناک» از ناسا می‌گوید: «از آنجایی که بعضی از عکس‌ها مربوط به چندین سال پیش هستند، سیارک‌هایی که اخیرا رصد نشده‌اند، کاملا از دید ما پنهان شده‌اند. البته می‌توان دوباره آن‌ها را با بررسی تصاویر جدیدتر پیدا کرد». نکته مهمتر این است که اولین بخش از مدارهای سیارکی که توسط تیم THOR بررسی می‌شوند، مربوط به کمربند سیارکی بین مریخ و مشتری می‌شود. درست است که این سیارک‌ها در نزدیکی زمین قرار ندارند، اما ممکن است با همپوشانی مدار آن‌ها و زمین، خطری جدی به وجود بیاید؛ به همین دلیل است که محققان ناسا به بررسی اجرام خطرناک بالقوه در فواصل دور هم می‌پردازد.

چوداس و لو هر دو، سیستم ثور را مکمل سایر رویکردهای ردیابی سیارک‌ها می‌دانند. چوداس در این باره صحبت‌هایی داشته: «فکر می‌کنم ثور یک سیستم جدید و جالب است. این سیستم هم به جعبه ابزار ما به عنوان یکی تکنیک‌های کشف سیارک‌ها اضافه می‌شود». اما او در حالی که تلاش‌های موسسه سیارک‌ها برای نقشه‌برداری از اجرام کوچک منظومه شمسی را تحسین‌برانگیر می‌داند، می‌افزاید: «صادقانه بگویم، ما چند دهه است که این کار را خودمان انجام می‌دهیم».

سیارک‌های شناسایی شده در منظومه شمسی

در سال 2005، کنگره هوا و فضا، وظیفه‌ای را به ناسا واگذار کرد تا حداقل 90 درصد از سیارک‌هایی با قطر 140 متر و بزرگتر را شناسایی کند. تاکنون این سازمان فضایی، تنها 40 درصد از این اجرام را پیدا کرده است. ستاره شناسان در رصدخانه‌هایی مانند Pan-STARRS در هاوایی و رصدخانه کاتالینا در آریزونا، مشغول به شناسایی این سیارک‌ها هستند. بعد از کشف، محققان ناسا مسیر حرکت آنها را محاسبه کرده و این اطلاعات را در یک پایگاه داده عظیم جمع‌آوری می‌کنند. آنها اکنون بیش از 1.2 میلیون سیارک در منظومه شمسی و حدود 3800 جسم دنباله‌دار را لیست کرده‌اند. چوداس می‌گوید، دنباله‌دارهای یخی نزدیک به زمین، مانند دنباله‌دارهایی که در فیلم «به بالا نگاه نکن» مشاهده شدند، دوام زیادی ندارند و به همین دلیل تعداد بسیار کمتری نسبت به سیارک‌های سنگی دارند.

در نهایت اگر کسی با سیارکی روبرو شود که مستقیما به سمت زمین حرکت می‌کند، باید برنامه‌ای برای دفاع از سیاره‌مان وجود داشته باشد؛ مثلا تغییر مسیر حرکتی این جسم کشنده. ناسا از اواخر امسال شروع به انجام آزمایش انحراف سیارک با نام اختصار DART می‌کند. آژانس فضایی چین هم پروژه مشابهی را برای اجرا از اواخر این دهه برنامه‌ریزی کرده است. گروهی از محققان از جمله لو، تکنیک‌های دیگری مانند «تراکتور گرانشی» را مطالعه می‌کنند که شامل کشیدن یک سیارک به مداری متفاوت و انحراف نسبی است. علاوه بر موارد ذکر شده، ناسا بودجه کلانی را برای توسعه پروژه‌ای در نظر گرفته که شامل ارسال موشک به فضا و شلیک مواد منفجره به سمت شهاب سنگ موردنظر می‌شود.

موینس می‌گوید تیم THOR هم اکنون در حال ارتقای الگوریتم این سیستم است تا در نهایت بتواند سیارک‌های قاتل در سراسر منظومه شمسی، از جمله سیارک‌های نزدیک به زمین را ردیابی کند. ضمنا این گروه در حال آماده شدن برای تحلیل هزاران تصویر ثبت شده در رصدخانه Vera Rubin با بودجه بنیاد ملی علوم هستند. این رصدخانه شامل یک تلسکوپ 8.4 متری با دوربین 3200 مگاپیکسلی می‌شود که بر فراز کوهی در شمال شیلی مستقر شده است و از اواخر امسال “نور اول” خود را خواهد داشت (منظور شروع فعالیت تلسکوپ است). این تلسکوپ قادر خواهد بود هر شب 20 ترابایت داده جمع آوری کند. سایر طرح‌های «دفاع سیاره‌ای» ناسا به کمک تصویر برداری‌های تلسکوپ فضایی فروسرخ که در سال 2026 پرتاب می‌شود، تقویت خواهد شد.

چند وقت پیش B612 اعلام کرد که 1.3 میلیون دلار برای ساخت پلتفرم ردیابی سیارک ADAM جمع آوری شده است و یک میلیون دلار کمک هزینه هم توسط شرکت Tito اهدا شده است. لو می‌گوید: «سیارک‌ها بالاخره به سیاره ما برخورد می‌کنند. با پرداخت کمی پول، به معنای واقعی کلمه می‌توانید آینده جهان را تغییر دهید».