Ein Asteroiden-Entdeckungsalgorithmus, der darauf ausgelegt ist, erdnahe Asteroiden für die bevorstehende zehnjährige Untersuchung des Nachthimmels durch das Vera C. Rubin-Observatorium aufzudecken, hat seinen ersten „potenziell gefährlichen“ Asteroiden identifiziert, eine Bezeichnung für Weltraumgestein in der Nähe der Erde, die Wissenschaftlern gefällt im Auge behalten.
Der etwa 600 Fuß lange Asteroid, benannt 2022 SF289, wurde während einer Testfahrt des Algorithmus mit der ATLAS-Umfrage auf Hawaii entdeckt. Der Fund von 2022 SF289, der auf absehbare Zeit keine Gefahr für die Erde darstellt, bestätigt, dass der Algorithmus der nächsten Generation, bekannt als HelioLinc3D, erdnahe Asteroiden mit weniger und weiter verstreuten Beobachtungen identifizieren kann, als dies mit heutigen Methoden erforderlich ist.
„Indem die Entdeckung von 2022 SF289 die Wirksamkeit der Software demonstriert, mit der Rubin nach Tausenden noch unbekannten potenziell gefährlichen Asteroiden suchen wird, macht sie uns alle sicherer“, sagte Rubin-Wissenschaftler Ari Heinze, der Hauptentwickler von HelioLinc3D und ein Forscher an der University of Washington.
Das Sonnensystem beherbergt Dutzende Millionen Gesteinskörper, von kleinen Asteroiden, die nicht größer als ein paar Fuß sind, bis hin zu Zwergplaneten von der Größe unseres Mondes. Diese Objekte stammen aus einer Zeit vor über vier Milliarden Jahren, als sich die Planeten in unserem System bildeten und ihre heutige Position einnahmen.
Video, das die Umlaufbahn von 2022 SF289 (in Grün) relativ zur Umlaufbahn der Erde (blau) und anderer Planeten im Sonnensystem (Venus in Orange, Mars in Rot) zeigt. Bildnachweis: Joachim Moeyens/University of Washington/OpenSpace
Die meisten dieser Körper sind weit entfernt, aber einige kreisen in der Nähe der Erde und werden als erdnahe Objekte oder NEOs bezeichnet. Die nächstgelegenen davon – diejenigen mit einer Flugbahn, die sie bis auf etwa 5 Millionen Meilen an die Erdumlaufbahn heranführt, oder etwa das Zwanzigfache der Entfernung von der Erde zum Mond – verdienen besondere Aufmerksamkeit. Solche „potenziell gefährlichen Asteroiden“ oder PHAs werden systematisch gesucht und überwacht, um sicherzustellen, dass sie nicht mit der Erde kollidieren, was ein potenziell verheerendes Ereignis wäre.
Wissenschaftler suchen nach PHAs mithilfe spezieller Teleskopsysteme wie der ATLAS-Durchmusterung, die von einem Team am Institute for Astronomy der University of Hawaii durchgeführt wird. Dazu machen sie mindestens viermal pro Nacht Bilder von Teilen des Himmels. Eine Entdeckung wird gemacht, wenn sie einen Lichtpunkt bemerken, der sich eindeutig in einer geraden Linie über die Bildserie bewegt. Wissenschaftler haben mit dieser Methode etwa 2.350 PHAs entdeckt, schätzen jedoch, dass noch mindestens ebenso viele auf ihre Entdeckung warten.
Von seinem Höhepunkt in den chilenischen Anden aus wird sich das Vera C. Rubin-Observatorium Anfang 2025 der Jagd nach diesen Objekten anschließen. Rubins Beobachtungen werden die Entdeckungsrate von PHAs dramatisch steigern. Mit seinem 8,4-Meter-Spiegel und der riesigen 3.200-Megapixel-Kamera wird Rubin den Himmel beispiellos schnell scannen und Himmelspunkte zweimal pro Nacht aufsuchen, statt der vier Male, die heutige Teleskope benötigen.
Doch angesichts dieser neuartigen Beobachtungs-„Kadenz“ benötigen Forscher einen neuartigen Entdeckungsalgorithmus, um Weltraumgestein zuverlässig zu erkennen.
Rubins Team für Sonnensystemsoftware am DiRAC-Institut der University of Washington hat daran gearbeitet, solche Codes zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit Matthew Holman, dem leitenden Astrophysiker am Smithsonian und Dozenten an der Harvard University, der 2018 Pionierarbeit für eine neue Klasse heliozentrischer Asteroidensuchalgorithmen leistete, arbeiteten Heinze und Siegfried Eggl, ein ehemaliger Forscher an der University of Washington, der jetzt Assistenzprofessor an der University of Illinois in Urbana ist, zusammen. Champaign entwickelte HelioLinc3D: einen Code, der Asteroiden in Rubins Datensatz finden konnte.
Während sich Rubin noch im Aufbau befand, wollten Heinze und Eggl HelioLinc3D testen, um zu sehen, ob es in vorhandenen Daten einen neuen Asteroiden entdecken könnte, einen mit zu wenigen Beobachtungen, als dass die heutigen herkömmlichen Algorithmen ihn entdecken könnten.
John Tonry und Larry Denneau, führende ATLAS-Astronomen, stellten ihre Daten für einen Test zur Verfügung. Das Rubin-Team ließ HelioLinc3D diese Daten durchsuchen und entdeckte am 18. Juli 2023 seinen ersten PHA: 2022 SF289, der erstmals am 19. September 2022 von ATLAS in einer Entfernung von 13 Millionen Meilen von der Erde abgebildet wurde.
Rückblickend hatte ATLAS 2022 SF289 dreimal in vier verschiedenen Nächten beobachtet, aber nie die erforderlichen vier Male in einer Nacht, um als neuer NEO identifiziert zu werden. Aber gerade in diesen Fällen zeichnet sich HelioLinc3D aus: Es hat erfolgreich Datenfragmente aus allen vier Nächten kombiniert und die Entdeckung gemacht.
„Jede Untersuchung wird Schwierigkeiten haben, Objekte wie 2022 SF289 zu entdecken, die nahe ihrer Empfindlichkeitsgrenze liegen, aber HelioLinc3D zeigt, dass es möglich ist, diese schwachen Objekte zu bergen, solange sie über mehrere Nächte hinweg sichtbar sind“, sagte Denneau. „Das gibt uns tatsächlich ein ‚größeres, besseres‘ Teleskop.“
Auch andere Durchmusterungen hatten 2022 SF289 übersehen, weil es vor den reichen Sternenfeldern der Milchstraße vorbeizog. Doch da man nun wusste, wo man suchen muss, bestätigten weitere Beobachtungen von Pan-STARRS und Catalina Sky Survey die Entdeckung schnell. Das Team nutzte die ADAM-Plattform des B612 Asteroid Institute, um weitere unerkannte Beobachtungen des von der NSF unterstützten Zwicky Transient Facility-Teleskops wiederherzustellen.
2022 SF289 wird als NEO vom Apollo-Typ klassifiziert. Seine größte Annäherung bringt ihn bis auf 140.000 Meilen an die Erdumlaufbahn heran, näher als der Mond. Sein Durchmesser von 600 Fuß ist groß genug, um als „potenziell gefährlich“ eingestuft zu werden. Aber trotz seiner Nähe deuten Prognosen darauf hin, dass in absehbarer Zeit keine Gefahr besteht, dass er die Erde trifft. Seine Entdeckung wurde im Minor Planet Electronic Circular MPEC 2023-O26 der Internationalen Astronomischen Union bekannt gegeben.
Derzeit kennen Wissenschaftler 2.350 PHAs, gehen jedoch davon aus, dass noch mehr als 3.000 gefunden werden müssen.
„Dies ist nur ein kleiner Vorgeschmack darauf, was uns in weniger als zwei Jahren mit dem Rubin-Observatorium erwartet, wenn HelioLinc3D jede Nacht ein Objekt wie dieses entdecken wird“, sagte Rubin-Wissenschaftler Mario Jurić, Direktor des DiRAC-Instituts und Professor für Astronomie an der Universität der University of Washington und Leiter des Teams hinter HelioLinc3D.
„Aber im weiteren Sinne ist es eine Vorschau auf die kommende Ära der datenintensiven Astronomie. Von HelioLinc3D bis hin zu KI-gestützten Codes wird das nächste Jahrzehnt der Entdeckung eine Geschichte des Fortschritts bei Algorithmen ebenso sein wie bei neuen, großen Teleskopen.“