Το Παρατηρητήριο Rubin φέρνει στο φως τα μυστικά του ηλιακού συστήματος – Πώς θα αποκαλύψει εκατομμύρια άγνωστα αντικείμενα με εντυπωσιακή λεπτομέρεια

Μια ομάδα αστρονόμων από όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένης μιας ομάδας από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον και με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο Queen’s στο Μπέλφαστ, αποκάλυψε νέα έρευνα που δείχνει ότι εκατομμύρια νέα αντικείμενα του ηλιακού συστήματος θα ανιχνευθούν από μια ολοκαίνουργια εγκατάσταση, η οποία αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία αργότερα το 2025.

Το Παρατηρητήριο Vera C. Rubin του NSF-DOE αναμένεται να φέρει επανάσταση στη γνώση μας για τα «μικρά σώματα» του ηλιακού συστήματος – αστεροειδείς, κομήτες και άλλους μικρούς πλανήτες.

Vera C. Rubin: Ένα τηλεσκόπιο μοναδικής σχεδίασης με τεράστια κάμερα

Το Παρατηρητήριο Rubin, που κατασκευάζεται στην κορυφογραμμή Cerro Pachón στη βόρεια Χιλή, διαθέτει το τηλεσκόπιο Simonyi Survey διαμέτρου 8,4 μέτρων με μοναδική σχεδίαση τριών κατόπτρων, ικανό να χαρτογραφεί ολόκληρο τον ορατό ουρανό κάθε λίγες νύχτες.

Στην καρδιά του βρίσκεται η μεγαλύτερη ψηφιακή κάμερα στον κόσμο -η κάμερα Legacy Survey of Space and Time (LSST) των 3,2 γιγαπίξελ – με πεδίο θέασης 9,6 τετραγωνικών μοιρών και έξι φίλτρα, περίπου 45 φορές την επιφάνεια της πανσελήνου. Μαζί, αυτό το σύστημα «wide-fast-deep» θα παράγει 20 τεραμπάιτ δεδομένων κάθε βράδυ -δημιουργώντας μια πρωτοφανή χρονοσειρά-«ταινία» του σύμπαντος την επόμενη δεκαετία και ένα εξαιρετικά ισχυρό σύνολο δεδομένων για την αποτύπωση του ηλιακού συστήματος.

Το λογισμικό Sorcha φέρνει νέες προβλέψεις

Η ομάδα των αστρονόμων, με επικεφαλής τη Meg Schwamb του Πανεπιστημίου Queen’s, δημιούργησε το Sorcha, ένα καινοτόμο νέο λογισμικό ανοιχτού κώδικα που χρησιμοποιείται για να προβλέψει ποιες ανακαλύψεις είναι πιθανό να γίνουν.

Το Sorcha είναι ο πρώτος εξομοιωτής από άκρη σε άκρη που ενσωματώνει το προγραμματισμένο πρόγραμμα παρατήρησης του Rubin. Εφαρμόζει υποθέσεις για το πώς το Παρατηρητήριο Rubin βλέπει και ανιχνεύει αστρονομικές πηγές στις εικόνες του με το καλύτερο μοντέλο για το πώς είναι σήμερα το ηλιακό σύστημα και οι αποθήκες μικρών σωμάτων του.

«Το ακριβές λογισμικό προσομοίωσης όπως το Sorcha είναι κρίσιμο», δήλωσε η Schwamb, αναπληρώτρια καθηγήτρια στη Σχολή Μαθηματικών και Φυσικής του Πανεπιστημίου Queen’s.

«Μας λέει τι θα ανακαλύψει το Rubin και μας βοηθά να το ερμηνεύσουμε. Η γνώση μας για τα αντικείμενα που γεμίζουν το ηλιακό σύστημα της Γης πρόκειται να επεκταθεί εκθετικά και ραγδαία».

Τα μικρά σώματα ως απολιθώματα της αρχής του ηλιακού συστήματος

Εκτός από τους οκτώ κύριους πλανήτες, το ηλιακό σύστημα φιλοξενεί έναν τεράστιο πληθυσμό μικρών σωμάτων που σχηματίστηκαν μαζί με τους πλανήτες πριν από περισσότερα από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Πολλά από αυτά τα μικρότερα σώματα παραμένουν ουσιαστικά αμετάβλητα από τη γέννηση του ηλιακού συστήματος, λειτουργώντας ως απολιθώματα των πρώτων του ημερών. Μελετώντας τις τροχιές τους, τα μεγέθη και τις συνθέσεις τους, οι αστρονόμοι μπορούν να ανασυνθέσουν πώς σχηματίστηκαν, μετανάστευσαν και εξελίχθηκαν οι πλανήτες.

Αυτά τα αντικείμενα – που αριθμούν δεκάδες εκατομμύρια – προσφέρουν ένα ισχυρό παράθυρο σε διαδικασίες όπως η μεταφορά νερού και οργανικής ύλης στη Γη, η αναδιαμόρφωση των τροχιών των πλανητών από γιγαντιαίους πλανήτες και ο συνεχιζόμενος κίνδυνος από εκείνα των οποίων οι πορείες τα φέρνουν κοντά στον πλανήτη μας.

Παγκόσμια συνεργασία και δημοσιεύσεις σε επιστημονικά περιοδικά

Εκτός από το Πανεπιστήμιο Queen’s και το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, η διεθνής ομάδα περιλαμβάνει ερευνητές από το Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian και το University of Illinois Urbana-Champaign.

Μια σειρά από άρθρα που περιγράφουν το λογισμικό Sorcha και τις προβλέψεις του έχουν γίνει αποδεκτά για δημοσίευση από το περιοδικό Astronomical Journal και είναι ήδη διαθέσιμα στον διακομιστή προδημοσιεύσεων arXiv.

Χρωματική επανάσταση στην παρατήρηση μικρών σωμάτων

Πέρα από τον εντοπισμό αυτών των νέων μικρών σωμάτων, το Παρατηρητήριο Rubin θα τα παρατηρεί πολλές φορές χρησιμοποιώντας διαφορετικά οπτικά φίλτρα, αποκαλύπτοντας τα χρώματα των επιφανειών τους. Οι προηγούμενες έρευνες του ηλιακού συστήματος παρατηρούσαν συνήθως με ένα μόνο φίλτρο.

«Με τον κατάλογο αντικειμένων του ηλιακού συστήματος από το LSST, η δουλειά μας δείχνει ότι θα είναι σαν να περνάμε από την ασπρόμαυρη τηλεόραση στο λαμπερό χρώμα», δήλωσε ο Joe Murtagh, διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Queen’s.

«Είναι πολύ συναρπαστικό – αναμένουμε ότι εκατομμύρια νέα αντικείμενα του ηλιακού συστήματος θα ανιχνευθούν και τα περισσότερα από αυτά θα καταγραφούν στα πρώτα χρόνια της έρευνας του ουρανού».

Τι προβλέπουν οι προσομοιώσεις του Rubin

Οι προσομοιώσεις της ομάδας δείχνουν ότι το Rubin θα χαρτογραφήσει:

• 127.000 αντικείμενα κοντά στη Γη – αστεροειδείς και κομήτες των οποίων οι τροχιές διασταυρώνονται ή πλησιάζουν τη Γη. Αυτό είναι περισσότερο από τριπλάσιο από τα περίπου 38.000 γνωστά σήμερα και θα ανιχνεύσει πάνω από το 70% των δυνητικά επικίνδυνων σωμάτων άνω των 140 μέτρων. Αυτό θα μειώσει τον κίνδυνο αδιάγνωστου καταστροφικού πλήγματος από αστεροειδή τουλάχιστον στο μισό, συνεισφέροντας ουσιαστικά στην πλανητική άμυνα.
• Πάνω από 5 εκατομμύρια αστεροειδείς κύριας ζώνης, από περίπου 1,4 εκατομμύρια σήμερα, με ακριβή δεδομένα για το χρώμα και την περιστροφή περίπου ενός στους τρεις αστεροειδείς μέσα στα πρώτα χρόνια της έρευνας. Αυτό θα προσφέρει πρωτοφανή κατανόηση των χαρακτηριστικών και της ιστορίας των δομικών υλικών του ηλιακού συστήματος.
• 109.000 Τρωικούς αστεροειδείς του Δία, σώματα που μοιράζονται την τροχιά του Δία στα σταθερά σημεία «Lagrange» – πάνω από επτά φορές ο αριθμός που έχει καταγραφεί σήμερα. Αυτά τα σώματα αντιπροσωπεύουν μερικά από τα πιο παρθένα υλικά, που χρονολογούνται από τον σχηματισμό των πλανητών.
• 37.000 αντικείμενα πέρα από τον Ποσειδώνα, κατοίκους της μακρινής Ζώνης Kuiper – σχεδόν 10 φορές το σημερινό σύνολο – φωτίζοντας το παρελθόν της μετανάστευσης του Ποσειδώνα και την ιστορία του εξωτερικού ηλιακού συστήματος.
• Περίπου 1.500–2.000 Κενταύρους, σώματα σε βραχύβιες τροχιές που διασταυρώνονται με τους γιγαντιαίους πλανήτες στο μέσο του ηλιακού συστήματος. Οι περισσότεροι Κένταυροι θα εκτιναχθούν τελικά από το ηλιακό σύστημα, αλλά μερικοί τυχεροί θα επιβιώσουν και θα γίνουν κομήτες βραχείας περιόδου. Το LSST θα παρέχει την πρώτη λεπτομερή εικόνα των Κενταύρων και του σημαντικού σταδίου μετάβασης από Κένταυρο σε κομήτη.

Ένα μοναδικό εργαλείο για την κατανόηση του ηλιακού μας συστήματος

Το LSST του Παρατηρητηρίου Rubin είναι μια μοναδική ευκαιρία για να συμπληρωθούν τα κενά στη γνώση μας για το ηλιακό σύστημα, δήλωσε ο Mario Juric, μέλος της ομάδας Sorcha και καθηγητής Αστρονομίας στο UW. Ο Juric είναι επίσης επικεφαλής της ομάδας Solar System Processing Pipelines του Rubin και διευθυντής του Ινστιτούτου DiRAC του UW.

«Οι προσομοιώσεις μας προβλέπουν ότι το Rubin θα επεκτείνει τους γνωστούς πληθυσμούς μικρών σωμάτων κατά 4-9 φορές, προσφέροντας έναν άνευ προηγουμένου θησαυρό από τροχιές, χρώματα και καμπύλες φωτός», δήλωσε ο Juric.

«Με αυτά τα δεδομένα, θα μπορέσουμε να ανανεώσουμε τα σχολικά βιβλία για τον σχηματισμό του ηλιακού συστήματος και να βελτιώσουμε δραματικά την ικανότητά μας να εντοπίζουμε – και πιθανώς να εκτρέπουμε – τους αστεροειδείς που θα μπορούσαν να απειλήσουν τη Γη».

Αξιοποίηση των δεδομένων και παγκόσμια συνεργασία

Χρειάστηκαν 225 χρόνια αστρονομικών παρατηρήσεων για να ανιχνευθούν τα πρώτα 1,5 εκατομμύρια αστεροειδή σώματα και οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το Rubin θα διπλασιάσει αυτό τον αριθμό σε λιγότερο από έναν χρόνο, δήλωσε ο Jake Kurlander, διδακτορικός φοιτητής στο UW.

«Ο απαράμιλλος συνδυασμός εύρους και βάθους του Rubin το καθιστά ένα μοναδικά αποτελεσματικό εργαλείο ανακάλυψης», είπε ο Kurlander.

Ο Siegfried Eggl, επίκουρος καθηγητής Αεροδιαστημικής Μηχανικής στο University of Illinois Urbana-Champaign πρόσθεσε:

«Μόνο απομακρύνοντας τις μεροληψίες του περίπλοκου προγράμματος παρατηρήσεων του LSST μπορούμε να μετατρέψουμε τις ακατέργαστες ανιχνεύσεις σε αληθινή εικόνα της ιστορίας του ηλιακού συστήματος – πού σχηματίστηκαν οι πλανήτες και πώς μετανάστευσαν επί δισεκατομμύρια χρόνια. Το Sorcha είναι καθοριστικό σε αυτό το πλαίσιο».

Ανοιχτός κώδικας και δημόσια πρόσβαση

Ο κώδικας του Sorcha είναι ανοιχτού κώδικα και διαθέσιμος ελεύθερα μαζί με τους εξομοιωμένους καταλόγους και τις κινήσεις. Με τη διάθεση αυτών των πόρων, η ομάδα του Sorcha έχει δώσει τη δυνατότητα σε ερευνητές παγκοσμίως να βελτιώσουν τα εργαλεία τους και να είναι έτοιμοι για την πλημμύρα δεδομένων του LSST που θα παραχθούν από το Rubin, προωθώντας την κατανόηση των μικρών σωμάτων που φωτίζουν το ηλιακό σύστημα όπως ποτέ πριν.

Το Παρατηρητήριο Rubin προγραμματίζει να αποκαλύψει τις πρώτες εντυπωσιακές εικόνες του στην εκδήλωση «First Look» στις 23 Ιουνίου, προσφέροντας στον κόσμο μια πρώτη γεύση της δύναμης της έρευνας. Οι πλήρεις επιστημονικές λειτουργίες αναμένεται να ξεκινήσουν αργότερα μέσα στη χρονιά.

Πληροφορίες