Cómo es la nueva herramienta espacial que detecta asteroides peligrosos

Lo que pasó en nuestro planeta hace 65 millones de años y significó la extinción de los dinosaurios y de otras formas de vida sobre la Tierra podría volver a suceder en cualquier momento.

Así lo piensan agencias espaciales, científicos y astrónomos de todo el mundo, que buscan herramientas para hallar estos “asteroides asesinos”, ya sea desde naves espaciales que disparen misiles o bien se choquen con estos cuerpos para desviarlos de su trayectoria fatal, como también la creación de programas inteligentes que adviertan con tiempo el peligro inminente de una colisión.

Hoy en día, de los 25.000 asteroides cercanos a la Tierra que se estima tienen al menos 140 metros de diámetro, solo se ha encontrado alrededor del 40 por ciento de ellos. El otro 60 por ciento, alrededor de 15.000 rocas espaciales, cada una con el potencial de liberar la energía equivalente a cientos de millones de toneladas de TNT en una colisión con la Tierra, permanece sin ser detectado.

Ahora, un exastronauta de la NASA elaboró un plan para salvar a la Tierra de futuros asteroides asesinos. Ed Lu, que tiene un doctorado en Física aplicada, está tratando de encontrar una manera de descubrir asteroides peligrosos con suficiente antelación para desviarlos de la Tierra. Es un esfuerzo noble y que podría funcionar junto con otros sistemas de detección y desviación de asteroides, como la nave espacial DART de la NASA. La Fundación B612, que lleva el nombre del asteroide natal del personaje principal del libro infantil de Antoine de Saint-Exupéry El Principito, anunció el descubrimiento de alrededor de 104 asteroides, algunos posiblemente asesinos. B612 es un grupo sin fines de lucro que Lu ayudó a fundar.

B612 colaboró con Joachim Moeyens, un estudiante graduado de la Universidad de Washington, y su asesor de doctorado, Mario Juric, profesor de astronomía. Ellos y sus colegas del Instituto de Investigación Intensiva de Datos en Astrofísica y Cosmología de la universidad desarrollaron un algoritmo que puede examinar imágenes astronómicas no solo para identificar los puntos de luz que podrían ser asteroides, sino también para determinar qué puntos de luz en las imágenes tomadas en noches diferentes son en realidad el mismo asteroide.

En esencia, los investigadores desarrollaron una forma de descubrir lo que ya se ha visto pero no se ha notado. El nuevo algoritmo, que fue creado para descubrir asteroides en el sistema solar ha demostrado su valía. Los primeros asteroides candidatos identificados por el algoritmo, conocido como recuperación de órbita heliocéntrica sin tracklet, o THOR , han sido confirmados por el Centro de Planetas Menores de la Unión Astronómica Internacional.

El Instituto de Asteroides, un programa de la Fundación B612 , ha estado ejecutando THOR en su plataforma de astrodinámica basada en la nube, Análisis y Mapeo de Descubrimiento de Asteroides, o ADAM, para identificar y rastrear asteroides. Con la confirmación de estos nuevos asteroides por parte del Minor Planet Center y su incorporación a su registro, los investigadores que utilizan los recursos del Asteroid Institute pueden presentar miles de nuevos descubrimientos adicionales que hasta ahora habían permanecido invisibles a los ojos humanos. Por lo general, los asteroides se descubren cuando la misma parte del cielo se fotografía varias veces durante el transcurso de una noche. Una franja del cielo nocturno contiene una multitud de puntos de luz. Las estrellas y galaxias distantes permanecen en el mismo arreglo. Pero los objetos que están mucho más cerca, dentro del sistema solar, se mueven rápidamente y sus posiciones cambian a lo largo de la noche.

Los astrónomos llaman “tracklet” a una serie de observaciones de un solo objeto en movimiento durante una sola noche. Un rastreador proporciona una indicación del movimiento del objeto, indicando a los astrónomos dónde podrían buscarlo en otra noche. También pueden buscar imágenes más antiguas para el mismo objeto. Muchas observaciones astronómicas que no forman parte de búsquedas sistemáticas de asteroides inevitablemente registran asteroides, pero solo en un momento y lugar únicos, no las múltiples observaciones necesarias para armar tracklets.

La herramienta de inteligencia artificial no depende de un nuevo telescopio o incluso de nuevas observaciones. En cambio, miró imágenes más antiguas almacenadas en los archivos digitales del Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja (NOIRLAB). Luego, los investigadores dejaron que el algoritmo se pusiera a trabajar buscando 412.000 imágenes diferentes. El objetivo era filtrar posibles asteroides asesinos de más de 68 mil millones de puntos de luz cósmica que se muestran en las imágenes.

“Además, es importante tener en cuenta que cuando decimos asteroide asesino, simplemente queremos decir que son asteroides capaces de matar a miles, si no a millones, si impactaran contra la Tierra. No significa necesariamente que estén en curso de colisión con nuestro planeta”, afirmó Lu. Las imágenes de NOIRLab, por ejemplo, fueron tomadas principalmente por el telescopio Victor M. Blanco de 4 metros en Chile como parte de un estudio de casi una octava parte del cielo nocturno para mapear la distribución de galaxias en el universo. Las motas de luz adicionales fueron ignoradas, porque no eran lo que estaban estudiando los astrónomos. “Son solo datos aleatorios en imágenes aleatorias del cielo”, completó Lu.

Pero para Moeyens y Juric, un solo punto de luz que no es una estrella o una galaxia es un punto de partida para su algoritmo, al que llamaron Recuperación de la órbita heliocéntrica sin seguimiento, o THOR. El movimiento de un asteroide está precisamente dictado por la ley de la gravedad. THOR construye una órbita de prueba que corresponde al punto de luz observado, asumiendo una cierta distancia y velocidad. Luego calcula dónde estaría el asteroide en las noches posteriores y anteriores. Si aparece un punto de luz en los datos, podría ser el mismo asteroide. Si el algoritmo puede vincular cinco o seis observaciones en unas pocas semanas, es un candidato prometedor para el descubrimiento de un asteroide.

En principio, hay un número infinito de posibles órbitas de prueba para examinar, pero eso requeriría una eternidad poco práctica para calcular. En la práctica, debido a que los asteroides se agrupan alrededor de ciertas órbitas, el algoritmo debe considerar solo unos pocos miles de posibilidades cuidadosamente seleccionadas. Aun así, calcular miles de órbitas de prueba para miles de asteroides potenciales es una tarea enorme de cálculo de números. Pero el advenimiento de la computación en la nube, una gran potencia computacional y almacenamiento de datos distribuidos a través de Internet, lo hace factible. Google contribuyó tiempo en su plataforma Google Cloud al esfuerzo. “Es una de las mejores aplicaciones que he visto”, dijo Scott Penberthy, director de inteligencia artificial aplicada de Google.

Hasta ahora, los científicos han examinado alrededor de una octava parte de los datos de un solo mes, septiembre de 2013, de los archivos de NOIRLab. THOR produjo 1.354 posibles asteroides. Muchos de ellos ya estaban en el catálogo de asteroides mantenido por el Centro de Planetas Menores de la Unión Astronómica Internacional. Algunos de ellos habían sido observados previamente, pero solo durante una noche y el tracklet no fue suficiente para determinar con confianza una órbita.

El Minor Planet Center ha confirmado 104 objetos como nuevos descubrimientos hasta el momento. El archivo de NOIRLab contiene 7 años de datos, lo que sugiere que hay decenas de miles de asteroides esperando a ser encontrados. “Creo que es increíble”, indicó Matthew Payne, director del Minor Planet Center, que no participó en el desarrollo de THOR. “Creo que es muy interesante y también nos permite hacer un buen uso de los datos de archivo que ya existen”.

Actualmente, el algoritmo está configurado para encontrar solo asteroides del cinturón principal, aquellos con órbitas entre Marte y Júpiter, y no asteroides cercanos a la Tierra, los que podrían colisionar con nuestro planeta. Identificar asteroides cercanos a la Tierra es más difícil porque se mueven más rápido. Las diferentes observaciones del mismo asteroide se pueden separar más en el tiempo y la distancia, y el algoritmo necesita realizar más cálculos numéricos para hacer las conexiones.

THOR no solo tiene la capacidad de descubrir nuevos asteroides en datos antiguos, sino que también podría transformar futuras observaciones. Si el telescopio pudiera regresar al mismo lugar en el cielo cada dos noches en lugar de cada cuatro, eso podría beneficiar a otras investigaciones, incluida la búsqueda de supernovas.

La plataforma ADAM del Asteroid Institute es un sistema computacional de código abierto que ejecuta algoritmos astrodinámicos a gran escala utilizando Google Cloud, en particular las capacidades computacionales y de almacenamiento escalables en Google Compute Engine, Google Cloud Storage y Google Kubernetes Engine.

“El trabajo del Instituto de Asteroides es fundamental porque los astrónomos están alcanzando los límites de lo que se puede descubrir con las técnicas y los telescopios actuales”, dijo Jurić, quien también es investigador principal de ciencia de datos en el UW eScience Institute . “Nuestro equipo se complace en trabajar junto con el Instituto de Asteroides para habilitar el mapeo del sistema solar utilizando Google Cloud”, concluyó.

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