Без степени и телескопа

В 2023 году на платформе гражданской науки Zooniverse стартовал проект The Daily Minor Planet, который позволяет всем желающим попробовать себя в поиске астероидов на снимках Каталинского небесного обзора (Catalina Sky Survey). Теперь, даже не имея мощного телескопа, можно попробовать открыть свою малую планету. О том, как находить небесные тела на космических снимках, рассказывает 16-летний Михаил Батуков из Брянской области, сам открывший таким образом уже 47 новых астероидов главного пояса.

Что мы ищем?

В Солнечной системе огромное количество астероидов. Если к 1868 году их знали около ста, то к 1981-му нашли уже 10 тысяч, а к 2000-му — более 100 тысяч. В настоящее время открыто более одного миллиона астероидов, 620 тысяч из них подтверждено, а чуть более 23 тысяч имеют названия. И это число продолжает увеличиваться с каждым днем.

Поскольку такой объем информации довольно трудно анализировать вручную, на помощь приходит искусственный интеллект. Но часто новые астероиды ускользают от цифровых систем обнаружения, и отвергнутые программой объекты приходится проверять вручную. Для этого группа сотрудников Catalina Sky Survey во главе со старшим операционным инженером Карсоном Фулсом (Carson Fuls) запустила проект Daily Minor Planet.

И хотя в Daily Minor Planet можно искать потенциально опасные астероиды, их находят очень редко, потому что в этом случае, когда важна оперативность, человеку почти невозможно конкурировать по скорости обнаружения с автоматическими системами.

Участники проекта Daily Minor Planet ищут два основных типа астероидов: околоземные и астероиды главного пояса. Первый тип гораздо более важен, так как именно такие объекты могут угрожать Земле, и их мониторинг помогает обеспечить астероидную безопасность нашей планеты. Получая снимки астероидов и по ним вычисляя их орбиты, ученые могут определить параметр MOID (минимальное расстояние пересечения орбиты астероида и Земли) и вероятность столкновения с опасным телом.

Но столкновения некоторых астероидов с нашей планетой заранее, и чтобы не упустить из виду действительно опасные околоземные астероиды, ученые со всего мира разрабатывают все более совершенные методы для их поиска. Но их общее число по сравнению с общим числом всех открытых астероидов крайне мало и на 2024 год составляет около 35 тысяч. Крупнейший из них — астероид Ганимед (не путать со спутником Юпитера), имеющий диаметр порядка 35 километров. А самый опасный — астероид 1950 DA — может столкнуться с нашей планетой уже через 800 лет.

Второй тип астероидов гораздо более многочисленный — это астероиды из главного пояса. Они вращаются в области между орбитами Марса и Юпитера на расстоянии двух-трех астрономических единиц от Солнца и не пересекают пути планет. Их исследование важно для понимания, как формировалась и эволюционировала Солнечная система и как можно в перспективе добывать полезные ископаемые на астероидах.

Как организован поиск?

В современной науке, в том числе в астрономии, открытия часто делают большие коллективы. И проект Daily Minor Planet не исключение. Здесь трудится огромное число людей: от штатных сотрудников Каталинского небесного обзора до добровольцев, которые помогают обрабатывать снимки. Но при этом для открытия нового небесного тела сейчас не нужны специальные знания и личный телескоп. Требуется лишь немного опыта, терпения и удачи.

Директор Catalina Sky Survey Карлсон Фулс рассказал мне, как устроен проект The Daily Minor Planet. Сперва полутораметровый телескоп получает снимки звездного неба каждую ясную ночь за исключением двух-трех ночей в полнолуние. Телескоп снимает наборы по 10 полей — небольших областей неба, соответствующих обзору телескопа. Каждое поле получают с выдержкой в 30 секунд каждые 6 минут. Чтобы звезды на снимках были неподвижны и среди них было легко заметить движущийся астероид, телескоп подруливает с помощью специального механизма — часового привода, имитирующего суточное вращение звездного неба. Съемку повторяют четыре раза, получая по четыре изображения каждого поля. Из этих снимков собирают анимации, которые можно увидеть в проекте The Daily Minor Planet.

На изображениях программное обеспечение определяет источники — точки света на снимках. В первую очередь это звездные скопления, туманности, галактики, кометы и астероиды. Известные источники идентифицируют и удаляют из списка для обработки.

После разметки четыре изображения собирают в один массив и сравнивают источники света. Те, которые одинаковы на всех снимках и, вероятно, являются звездами, отбрасывают. Остальные — которые появляются на одном изображении, но не появляются на трех других — называют переходными. Программа определяет список этих объектов для каждого изображения и вычисляет их траекторию и яркость. Настоящие астероиды двигаются по прямой линии и постоянные по яркости. Поиск таких объектов — огромная математическая задача, для решения которой используется несколько высокопроизводительных компьютерных рабочих станций.

Получив список потенциальных движущихся объектов, астрономы сверяются со списком уже известных астероидов. Если они есть в базе, их положение записывают и рутинно передают в Центр малых планет — главную организацию в мире, отвечающую за сбор и хранение информации по астероидам и кометам. А новые кандидаты в астероиды классифицируют по различным параметрам, и их выборка с самым высоким рейтингом попадает на ручную проверку к штатным наблюдателям обсерватории. Если там действительно новые астероиды, информацию также отправляют в Центр малых планет. Но кандидатов гораздо больше, чем астрономы могут проверить сами. Изображения с более низким приоритетом загружают в The Daily Minor Planet.

Большая часть попавших в проект изображений — приборные артефакты, визуальный шум или звезды, которые по каким-то причинам программа восприняла как движущиеся объекты (например, из-за атмосферных эффектов). Мы — измерители — маркируем их как ложные обнаружения и выносим отрицательный вердикт. А часть объектов — действительно астероиды, но уже известные. Их добавили специально, чтобы можно было «набить глаз». И менее одного процента от всех определенных программой объектов — новые, ранее неизвестные астероиды. Если мы считаем, что на снимке такой астероид — нужно нажать «Yes». Тогда об объекте узнает команда Каталинской обсерватории. После дополнительных наблюдений за этим астероидом, если открытие подтверждают, выходит короткая публикация, в которой указано имя первооткрывателя.

Первый успех

О возможности искать небесные объекты с учеными я узнал почти сразу после запуска проекта и решил принять участие. За год я просмотрел более 50 тысяч изображений с кандидатами в астероиды. Для работы я использую псевдоним Michael_Moons-654, и так меня упоминают в большинстве списков с открытиями, опубликованных в сообществе.

Спустя месяц после начала наблюдений, 25 мая 2023 года, я обнаружил первый астероид C3T760Z. По снимкам можно сказать, что скорее всего этот астероид относится к главному поясу и на момент открытия имел яркость около 21,53 звездной величины. Больше информации собрать не удалось: астероид быстро удалился и дополнительные наблюдения получится провести лишь при его следующем сближении с Землей через 4–6 лет.

Всего я обнаружил более ста подобных объектов. Но официально на моем счету только 47 астероидов. Все потому, что некоторые из обнаруженных объектов уже наблюдали раньше. Причина — в системе подтверждения открытия.

Когда я информирую обсерваторию о потенциальном новом астероиде, ее команда отправляет письмо о наблюдении неизвестного объекта в Центр малых планет, чтобы тот в течении недели после обнаружения наблюдал объект еще минимум три ночи. Это позволяет вычислить орбиту астероида или кометы. Если подтверждения не происходит, то объект считается утерянным. Но если спустя время объект вновь заметят, то он получит номер в соответствии с первым наблюдением. И первооткрывателем будет считаться первый наблюдатель.

В половине случаев я находил ранее утерянные объекты. Например, астероиды 2005 VY44, 2014 GA101 или 2023 JC14. Новые же наблюдения помещаются в базу данных Isolated Tracklet File (ITF), в котором им присваивается временное обозначение.

Астероид 2023 XL15

Орбиту одного из моих астероидов определили настолько точно, что он получил уже полноценный номер с зашифрованной датой открытия — 2023 XL15. Позже астрономы нашли более старые его снимки (самые первые из них — еще 2014 года, но тогда его пропустили).

Этот астероид относится к главному поясу, имеет наклонение орбиты относительно эклиптики 7,98 градусов и эксцентриситет орбиты . Большая полуось орбиты (среднее расстояние до Солнца) равна 2,6548 астрономической единицы. В самой дальней точке орбиты астероид находится на расстоянии 3,4 астрономической единицы от нашей звезды. А в ближайшей — точке перигелия — всего в 1,9 астрономической единицы, формально уже за пределами главного пояса астероидов. Но несмотря на это, 2023 XL15 не относится к околоземным, так как не пересекает орбиту Земли и не сближается с ней. Год на этом астероиде более чем в четыре раза больше земного и составляет 1579 суток.

Официально 2023 XL15 зарегистрировали 11 декабря 2023 года. Яркость на момент открытия была около двадцатой звездной величины. Но для нас гораздо важнее его абсолютная звездная величина, равная 18,46. Потому что при помощи таблицы зависимости размера от отражательной способности поверхности астероида можно прикинуть, что его диаметр от 530 до 1200 метров.

У остальных обнаруженных мной астероидов схожие характеристики, потому что эти тела одинаковы по происхождению, находятся в том же регионе Солнечной системы, что и астероид 2023 XL15 и на основании видимой яркости примерный диаметр большинства из них составляет от 200 до 2000 метров. Из 47 астероидов 43 относятся к внешней части пояса астероидов, а четыре — к внутренней, то есть их орбиты расположены чуть ближе к нашей планете.

Как заявить об открытии?

Открытия в науке всегда публикуются в научных журналах. Первооткрыватели получают признание, а другие исследователи могут использовать их данные. Если ты открыл малую планету, нужно внести ее в различные каталоги, чтобы инициировать дополнительные исследования. За накопление и классификацию информации об астероидах и кометах во всем мире отвечает Центр малых планет, который периодически выпускает Циркуляр малых планет (Minor Planet Circular).

В циркуляре публикуют наблюдения, параметры орбит и эфемериды новых или необычных астероидов и всех комет. Это главное научное издание, посвященное малым планетам. В 1947 году его начала выпускать обсерватория Цинциннати, а с 1978 года циркуляр публикует Смитсоновская астрофизическая обсерватория, которая сейчас обслуживает Центр малых планет. Все данные по открытым астероидам предварительно обобщаются по обсерваториям, что упрощает поиски конкретного наблюдения или первооткрывателя. Сейчас циркуляр стал настолько объемным, что публикуется только в цифровом виде. Публикация в нем — основное подтверждение открытия малой планеты.

За все время участия в поиске астероидов мое имя появилось в пяти публикациях этого издания. Три из них, которые содержат результаты работы за 2023 год, можно увидеть в списке важнейших исследований по планетарной науке, выделенных NASA. Кроме Daily Minor Planet там размещена информация по результатам работы многих других исследовательских групп. Например исследования атмосфер Марса и Юпитера, звездной пыли и другие проекты по поиску новых астероидов.

Первая публикация в Minor Planet Circulars с моим именем вышла 6 июля 2023 года. Она содержала в том числе находку первого астероида C3T760Z. Эта публикация также стала первой в истории проекта The Daily Minor Planet, поэтому появилась в прессе. Практически во всех циркулярах в списке Observers обсерватории Маунт-Леммон можно увидеть имена «гражданских ученых», которые за соответствующие промежутки времени (а публикации выходят примерно каждый лунный месяц) внесли важный вклад в установление орбит тел Солнечной системы. Мое имя также указано в циркулярах за сентябрь (стр. 654) и ноябрь (стр. 3343) 2023 года, а также февраль (стр. 885) и март (стр. 562) 2024 года. По большей части, статьи состоят из чисел: яркость на момент наблюдения, положение на небе, время получения снимка.

***

Открытие астероида — лишь начало его научной жизни. Чтобы каждый объект изучить подробнее — точно определить орбиту, абсолютную звездную величину и примерный диаметр тела, — нужны дополнительные наблюдения. Современные астрономы могут также определить спектральный класс объекта и исследовать его с помощью инфракрасных спектрографов, с помощью которых определяют альбедо — отражательную способность поверхности астероида. Это помогает уточнить диаметр и химический состав небесного тела. В идеале, к одному из астероидов отправить космический аппарат для детального анализа и съемок.