킬러 소행성이 눈에 잘 띄지 않게 숨어 있습니다. 새로운 도구가 이를 찾아냅 니다.

Ed Lu는 살인마 소행성으로부터 지구를 구하고 싶어합니다.

아니면 적어도 우리 앞을 가로막고 있는 커다란 우주 암석이 있다면, 전직 NASA 우주비행사이자 응용 물리학 박사 학위를 가진 Dr. Lu는 그것이 우리에게 오기 전에 그것을 찾고 싶어합니다. 바라건대 수년 간의 사전 경고와 인류를 위한 기회 그것을 편향시키기 위해.

루 박사가 설립한 비영리 단체인 B612 재단은 화요일 100개 이상의 소행성을 발견했다고 발표했다. (재단의 이름은 앙투안 드 생텍쥐페리의 동화 ‘어린왕자’에서 따온 것으로, B612는 주인공의 고향 소행성이다.)

그 자체로 눈에 띄지 않습니다. 새로운 소행성은 전 세계의 천체 관측자들에 의해 항상 보고됩니다. 여기에는 뒷마당 망원경을 사용하는 아마추어와 밤하늘을 체계적으로 스캔하는 로봇 조사가 포함됩니다.

놀라운 것은 B612가 새로운 망원경을 만들거나 기존 망원경으로 새로운 관측을 하지 않았다는 것입니다. 대신 B612의 자금을 지원받은 연구원들은 680억 도트의 우주 빛에서 소행성을 선별하기 위해 국립 광학 적외선 천문학 연구소(NOIRLab)의 디지털 아카이브에 있는 412,000개의 오래된 이미지에 최첨단 계산 능력을 적용했습니다. 이미지에 캡처.

“이것이 천문학을 수행하는 현대적인 방법입니다.,” 루 박사가 말했다.

연구에 추가 NASA 및 기타 조직에서 수행한 “행성 방어” 노력 세계 각국.

오늘날 직경이 최소 460피트인 25,000개의 지구 근방 소행성 중 약 40%만이 발견되었습니다. 나머지 60%(약 15,000개의 우주 암석)는 각각 지구와 충돌할 때 수억 톤의 TNT에 해당하는 에너지를 방출할 수 있는 잠재력이 있으며 탐지되지 않은 채로 남아 있습니다.

B612는 워싱턴 대학교의 대학원생인 요아킴 모옌스와 그의 박사 학위 자문관인 천문학 교수인 마리오 쥬릭과 협력했습니다. 대학 천체 물리학 및 우주론의 데이터 집중 연구 연구소(Institute for Data Intensive Research in Astrophysics and Cosmology)의 그들과 동료들은 천체 이미지를 조사하여 소행성일 수 있는 빛의 점을 식별할 수 있을 뿐만 아니라 촬영된 이미지에서 빛의 어떤 점을 파악할 수 있는 알고리즘을 개발했습니다. 다른 밤은 실제로 같은 소행성입니다.

본질적으로, 연구자들은 이미 보았지만 알아차리지 못한 것을 발견하는 방법을 개발했습니다.

일반적으로 소행성은 하룻밤 동안 하늘의 같은 부분을 여러 번 촬영할 때 발견됩니다. 밤하늘의 뭉치에는 수많은 빛의 점이 포함되어 있습니다. 멀리 있는 별과 은하계는 같은 배열을 유지합니다. 그러나 태양계 내에서 훨씬 더 가까운 물체는 빠르게 움직이며 밤 동안 그 위치가 바뀝니다.

천문학자들은 하룻밤 동안 움직이는 단일 물체에 대한 일련의 관측을 “궤적”이라고 부릅니다. 트랙릿은 천체의 움직임에 대한 표시를 제공하여 천문학자들이 다른 밤에 찾을 수 있는 위치를 알려줍니다. 또한 동일한 개체에 대한 이전 이미지를 검색할 수도 있습니다.

체계적인 소행성 탐색의 일부가 아닌 많은 천문 관측은 필연적으로 소행성을 기록하지만, 트랙렛을 모으는 데 필요한 여러 관측이 아니라 단일 시간과 장소에서만 기록합니다.

예를 들어 NOIRLab 이미지는 우주에 있는 은하의 분포를 매핑하기 위해 밤하늘의 거의 1/8을 조사하는 일환으로 칠레의 Victor M. Blanco 4미터 망원경이 주로 촬영했습니다.

천문학자들이 연구하고 있던 것이 아니었기 때문에 추가 빛의 반점은 무시되었습니다. “그들은 하늘의 무작위 이미지에 있는 무작위 데이터일 뿐입니다.”라고 Lu 박사는 말했습니다.

그러나 Moeyens 씨와 Juric 박사에게는 별이나 은하가 아닌 단일 빛점이 그들의 알고리즘의 출발점이며, 이를 Tracklet-less Heliocentric Orbit Recovery 또는 THOR라고 명명했습니다.

소행성의 운동은 중력의 법칙에 의해 정확하게 결정됩니다. THOR는 특정 거리와 속도를 가정하여 관찰된 빛의 지점에 해당하는 테스트 궤도를 구성합니다. 그런 다음 다음 밤과 이전 밤에 소행성이 어디에 있을 것인지 계산합니다. 데이터에 빛의 점이 나타나면 동일한 소행성일 수 있습니다. 알고리즘이 몇 주에 걸쳐 5~6개의 관측치를 함께 연결할 수 있다면 소행성 발견을 위한 유망한 후보입니다.

원칙적으로 검사할 수 있는 테스트 궤도의 수는 무한하지만 계산하려면 비현실적인 영원이 필요합니다. 실제로, 소행성은 특정 궤도 주위에 모여 있기 때문에 알고리즘은 신중하게 선택한 수천 가지 가능성만 고려하면 됩니다.

그러나 수천 개의 잠재적 소행성에 대한 수천 개의 테스트 궤도를 계산하는 것은 엄청난 숫자를 계산하는 작업입니다. 그러나 인터넷을 통해 분산된 방대한 연산 능력과 데이터 스토리지인 클라우드 컴퓨팅의 출현으로 이를 실현할 수 있게 되었습니다. Google은 Google Cloud 플랫폼에서 이러한 노력에 시간을 할애했습니다.

Google의 응용 인공 지능 이사인 Scott Penberthy는 “내가 본 가장 멋진 응용 프로그램 중 하나입니다.”라고 말했습니다.

지금까지 과학자들은 NOIRLab 아카이브에서 2013년 9월 한 달 동안 데이터의 약 1/8을 선별했습니다. 토르는 1,354개의 가능한 소행성을 만들어냈습니다. 그들 중 많은 것들은 이미 국제 천문 연맹의 소행성 센터에서 관리하는 소행성의 목록에 있었습니다. 그들 중 일부는 이전에 관찰되었지만 어느 날 밤에만 있었고 궤도를 자신있게 결정하기에 충분하지 않았습니다.

소행성 센터는 지금까지 104개의 천체를 새로운 발견으로 확인했습니다. NOIRLab 아카이브에는 수만 개의 소행성이 발견되기를 기다리고 있음을 시사하는 7년 간의 데이터가 포함되어 있습니다.

“굉장하다고 생각해.,“라고 THOR 개발에 참여하지 않은 Minor Planet Center의 이사인 Matthew Payne은 말했습니다. “매우 흥미롭고 이미 존재하는 아카이브 데이터를 잘 활용할 수 있게 해 준다고 생각합니다..”

이 알고리즘은 현재 화성과 목성 사이를 도는 주요 벨트 소행성만 찾도록 구성되어 있으며 지구와 충돌할 수 있는 지구 근처 소행성은 찾지 않습니다. 지구 근처 소행성을 식별하는 것은 더 빨리 움직이기 때문에 더 어렵습니다. 동일한 소행성에 대한 서로 다른 관측은 시간과 거리면에서 더 멀리 분리될 수 있으며 알고리즘은 연결을 만들기 위해 더 많은 숫자 크런칭을 수행해야 합니다.

“확실히 효과가 있을 것입니다.”라고 Moeyens가 말했습니다. “못할 이유가 없습니다. 실제로 시도해 볼 기회가 없었습니다.”

THOR는 오래된 데이터에서 새로운 소행성을 발견할 수 있을 뿐만 아니라 미래의 관측도 바꿀 수 있습니다. 예를 들어, 베라 C. 루빈 천문대이전에는 Large Synoptic Survey Telescope로 알려졌으며 현재 칠레에서 건설 중입니다.

국립과학재단(National Science Foundation)이 자금을 지원하는 루빈 천문대는 밤 하늘을 반복적으로 스캔하여 시간이 지남에 따라 변화하는 것을 추적하는 8.4미터 망원경입니다.

천문대 임무의 일부는 우주의 대규모 구조를 연구하고 초신성으로도 알려진 멀리 떨어진 폭발하는 별을 찾는 것입니다. 집에 더 가까울수록 태양계 주위를 윙윙 거리는 행성보다 작은 다수의 천체를 발견할 것입니다.

몇 년 전 일부 과학자들은 루빈 망원경의 관측 패턴이 조정되어 더 많은 소행성 궤도를 식별할 수 있고 따라서 아직 발견되지 않은 위험한 소행성을 더 빨리 찾을 수 있다고 제안했습니다. 그러나 그 변화는 다른 천문학 연구를 늦추었을 것입니다.

THOR 알고리즘이 Rubin 데이터와 잘 작동하는 것으로 판명되면 망원경은 하늘의 같은 부분을 밤에 두 번 스캔할 필요가 없으므로 대신 두 배의 면적을 덮을 수 있습니다.

망원경의 이사이자 THOR를 설명하고 관측에 대해 테스트한 과학 논문의 저자인 Zeljko Ivezic은 “원칙적으로 이것은 혁명적이거나 최소한 매우 중요할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

망원경이 4일마다가 아니라 2일마다 하늘의 같은 지점으로 돌아올 수 있다면 초신성 탐색을 포함한 다른 연구에 도움이 될 수 있습니다.

Ivezic 박사는 “그것은 소행성과 관련이 없는 알고리즘의 또 다른 영향이 될 것”이라고 말했습니다. “이것은 풍경이 어떻게 변하고 있는지를 잘 보여줍니다. 20, 30년 전에는 꿈도 꾸지 못했고 생각조차 하지 못했던 일을 소프트웨어가 이제 할 수 있기 때문에 과학 생태계가 바뀌고 있습니다..”

Lu 박사에게 THOR는 10년 전과 동일한 목표를 달성할 수 있는 다른 방법을 제공합니다.

당시 B612는 야심차고 훨씬 더 비싼 프로젝트를 목표로 하고 있었습니다. 이 비영리 단체는 Sentinel이라는 자체 우주 망원경을 제작, 출시 및 운영할 예정이었습니다.

당시 루 박사와 B612의 다른 리더들은 위험한 우주 암석을 찾는 속도가 느림에 좌절했다. 2005년에 의회는 NASA가 2020년까지 지름이 460피트 이상인 소행성의 90%를 찾아 추적하도록 하는 명령을 통과시켰습니다. 그러나 의원들은 NASA가 작업을 수행하는 데 필요한 자금을 제공하지 않았으며 마감 시한은 2020년까지 그 소행성의 절반이 발견되었습니다.

Sentinel을 인수하기 위해 개인 기부자로부터 4억 5천만 달러를 모으는 것은 B612에게 어려운 일이었습니다. 특히 NASA가 자체적으로 소행성을 찾는 우주 망원경을 고려하고 있었기 때문입니다.

국립과학재단이 루빈 천문대 건설을 추진하자 B612는 계획을 재평가했다. Lu 박사는 “우리는 신속하게 회전하여 ‘우리가 해결해야 하는 문제를 해결하기 위한 다른 접근 방식은 무엇입니까?’라고 말할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

루빈 천문대는 약 1년 만에 첫 시험관측을 하고 약 2년 후에 가동될 예정이다. Ivezic 박사는 10년간의 Rubin 관측과 다른 소행성 탐색이 마침내 의회의 90% 목표를 달성할 수 있다고 말했습니다.

NASA는 행성 방어 노력에도 박차를 가하고 있습니다. NEO Surveyor라는 이름의 소행성 망원경은 2026년 발사를 목표로 예비 설계 단계에 있습니다.

그리고 올해 후반에 Double Asteroid Redirection Test 임무는 발사체를 작은 소행성에 충돌시켜 소행성의 궤적을 얼마나 변화시키는지 측정할 것입니다. 중국의 국가 우주국(National Space Agency)도 비슷한 임무를 수행하고 있습니다.

B612의 경우 거의 5억 달러의 비용이 드는 망원경 프로젝트를 논쟁하는 대신 THOR와 같은 저렴한 연구 노력으로 기여할 수 있습니다. 지난 주, 소행성 과학을 위한 클라우드 기반 계산 도구에 대한 추가 작업 자금을 조달하기 위해 130만 달러의 선물을 받았다고 발표했습니다. 재단은 또한 다른 기부자들로부터 최대 100만 달러에 상응하는 Tito의 수제 보드카로부터 보조금을 받았습니다.

B612와 루 박사는 이제 단순히 세상을 구하려는 것이 아닙니다. “우리는 보드카가 소행성과 어떻게 관련되어 있는지에 대한 사소한 질문에 대한 답입니다.” 그는 말했다.

출처: https://www.nytimes.com/2022/05/31/science/asteroids-algorithm-planetary-defense.html