Сеть огненных шаров пустыни - Desert Fireball Network

Сеть огненных шаров пустыни
Фотография через объектив "рыбий глаз", запечатлевшая огненный шар в ночном небе.
Метеороид вспыхивает по небу
Сокращенное название DFN
Тип сеть камер
Цель Рекордный метеорит падает
Штаб-квартира Перт
Обслуживаемый регион
Австралия
Принадлежности Куртинский университет
Веб-сайт dfn .gfo .rocks

Сеть Desert Fireball Network (DFN) - это сеть камер в Австралии . Он предназначен для отслеживания метеороидов, попадающих в атмосферу, и помощи в обнаружении метеоритов . В настоящее время он управляет 50 автономными камерами, разбросанными по всей Западной и Южной Австралии , включая равнину Налларбор , пшеничный пояс Западной Австралии и пустыню Южной Австралии, площадью 2,5 миллиона км 2 . Расположение станций было выбрано таким образом, чтобы облегчить поиск метеоритов. Начиная с 2018 года, камеры, развернутые по всему миру, стали первой глобальной обсерваторией огненных шаров в сотрудничестве с исследовательскими группами партнеров.

Обсерватории DFN каждую ночь фиксируют приблизительно 30-секундные снимки неба от заката до рассвета, а команда DFN получает автоматическое оповещение при обнаружении огненного шара или метеора . На основе изображений с длительной выдержкой траектории и орбиты строятся полуавтоматически, и создается линия падения, указывающая местонахождение и массу любых образовавшихся метеоритов на земле.

Миссия DFN

DFN расширяет базу знаний текущего понимания формирования и эволюции Солнечной системы. Соединяя конкретный метеорит с траекторией и орбитой огненного шара, ведущей к столкновению с Землей, ученые могут лучше понять, откуда в Солнечной системе взялись образцы метеорита. Как только вероятная область происхождения в главном поясе астероидов будет идентифицирована, можно будет исследовать материнские тела- кандидаты .

Когда метеорит найден и собран, может быть проведено множество анализов, которые покажут, какие условия были на родительском теле и что происходило с камнем за время его жизни. Это означает, что можно построить подробную композиционную карту Солнечной системы, которая показывает, как астероиды и объекты, сближающиеся с Землей, различаются по составу, и может лучше информировать модели эволюции солнечной системы и исследования планет.

Конечная цель этого проекта - найти кометный метеорит. Кометы - одни из самых нетронутых материалов в нашей Солнечной системе, и они содержат уникальные записи о ранних процессах в Солнечной системе. Появляется все больше свидетельств того, что кометные огненные шары доставляют метеориты на Землю, и поэтому установка этого проекта идеальна для наблюдения за падением и сбора любых образцов комет, на получение которых космические агентства по всему миру потратили огромную сумму денег. космические миссии.

История

Ряд команд собрали обсерватории огненных шаров, основанные на тех же принципах, например, Сеть прерий (США) и Канадская сеть наблюдения и восстановления метеоритов, которые возглавлялись в основном астрономами-наблюдателями, но все же коллективно определили орбиты только для четырех метеоритов.

Интерес к этому подходу возрос в 2008 году, когда телескопический астрономический обзор неба обнаружил метеороид на траектории, ведущей к Земле, и успешно определил его местоположение на поверхности Земли. Связь между типом кандидата в астероид и метеоритом была установлена ​​на основе состава объекта и орбиты, но такие обсерватории видят только небольшую часть неба, и поэтому вероятность регулярного наблюдения таких событий несколько мала.

До этого, в 2007 году, DFN находился на стадии аналоговых испытаний на равнинах пустыни Налларбор в Западной Австралии. Как только сеть заработала, наблюдались метеоры, и во время первого восстановительного рейса и в самый первый день метеорит был обнаружен всего в 100 м от прогнозируемой линии падения. Частично быстрый успех DFN связан с расположением сети - пустыни гораздо более благоприятны для восстановления, поскольку регионы с густой растительностью, такие как умеренные регионы северного полушария, делают восстановление метеоритов практически невозможным. После фазы испытаний и восстановления двух метеоритов за это время, DFN превратилась в автоматизированную цифровую обсерваторию огненного шара, которая теперь расширяется в новые регионы Австралии и за рубежом. На данный момент было обнаружено четыре метеорита с определением траектории и орбиты с высокой точностью.

Наука слежения за огненным шаром

Траектория

Орбита

Чему мы можем научиться у метеоритов?

Метеориты - это металлические или каменные объекты, которые падают на поверхность Земли из космоса . Ученые считают, что большинство метеоритов происходят от астероидов в поясе астероидов нашей Солнечной системы , но появляется все больше свидетельств того, что некоторые из них могут образоваться от комет . Некоторые метеориты также происходят с более крупных планетных тел, таких как Луна и Марс . Метеориты обычно сохраняют свою историю с того момента , когда они впервые были сросшиеся на их родительском теле , когда они были изгнаны из этого тела и приземлились на Земле, поэтому наше понимание формирования планетарного тела и эволюцию за последние 4,56 млрд лет становится лучше каждый раз , когда найден новый метеорит.

Падение метеорита , который наблюдается с помощью обсерватории DFN помогает информировать , как тело взаимодействует с земной атмосферой , как это замедляю- , насколько яркий метеор в зависимости от объекта, а также изменения в массе в то время как он падает из - за уноса .

Большое количество аналитических тестов позволяет ученым исследовать метеориты и вникать в их сложную историю. Состав, текстура и компоненты метеорита помогают определить класс метеорита, к которому он принадлежит. Со временем глобальные коллекции метеоритов использовались для выявления групп горных пород со схожими характеристиками, которые, как предполагается, происходят от одного и того же родительского тела или одного семейства тел. Тонкие различия внутри этих групп намекают на вариации родительского тела - будь то композиционные или текстурные - что подразумевает, что предполагаемое родительское тело может быть неоднородным, возможно, подобно Земле . Считается, что железные метеориты являются ядром крупных астероидов, которые, возможно, больше не существуют в Солнечной системе. Когда-то они могли быть окружены силикатной оболочкой на родительском теле, что подразумевает, что другие богатые силикатом метеориты произошли от того же родительского тела, несмотря на явные различия в составе. Это означает, что мы можем довольно легко узнать о процессах, происходящих глубоко внутри астероидов, и мы знаем состав внутреннего ядра Земли на основе этих горных пород.

Высоко примитивные метеориты содержат одни из первых твердых тел, образовавшихся в нашей Солнечной системе . Эти материалы были использованы для определения более точного возраста нашей Солнечной системы (4,568 миллиарда лет). Эти породы примитивны, потому что они очень мало изменились с момента своего первоначального образования.

Наука о ударах также выигрывает от доставки метеоритов. Земля была поражена крупными ударами в прошлом, например кратером Чиксулуб , и оставленные материалы и воздействие на землю улучшают прогнозы моделирования столкновений. Эффекты на Земле также могут быть использованы для понимания аналогичных закономерностей, которые наблюдались на других планетах, что дает глубокое понимание кратеров на разных планетах и ​​планетных телах.

Извлечение метеоритов

На данный момент DFN обнаружила пять метеоритов с очень точными данными о траектории и орбите. Два более недавних извлечения, Муррили и Дингл Делл , были собраны в очень короткие сроки после наблюдаемого падения, а это означает, что цифровое развитие сетевого конвейера становится все более и более эффективным с течением времени.

Название метеорита Дата наблюдения за падением Страна Штат, провинция, или регион Классификация Инструментальные наблюдения - орбитальные данные Метеоритный
бюллетень (ы), другие ссылки
Bunburra Rockhole 21 июля 2007 г. Австралия Южная Австралия Брекчированный ахондрит да  
Мейсон Галли 13 апреля 2010 г. Австралия Западная Австралия H5 да  
Муррили 27 ноября 2015 г. Австралия Южная Австралия H5 да  
Дингл Делл 31 октября 2016 г. Австралия Западная Австралия L / LL5 да  

Оборудование камеры

камера на подставке с солнечными батареями
Станция Lambina DFN: типичная обсерватория с огненным шаром в глубинке (на заднем плане есть какое-то постороннее оборудование).

Обсерватории DFN используют бытовые фотоаппараты (в частности, зеркалки ) с 8-миллиметровыми стереографическими линзами « рыбий глаз», покрывающими почти все небо с каждой станции. Камеры управляются через встроенный Linux- ПК с помощью gPhoto2, а изображения архивируются на несколько жестких дисков для хранения до тех пор, пока обсерватории не будут посещены для обслуживания (каждые 8–18 месяцев в зависимости от емкости хранилища).

Обсерватории делают один снимок с длинной выдержкой каждые 30 секунд в течение всей ночи. После захвата автоматическое обнаружение событий ищет в изображениях огненные шары, и события подтверждаются на центральном сервере с использованием изображений с нескольких станций.

GNSS - код синхронизированное время встроен в длинных изображений облучения по эксплуатации жидкокристаллического (ЖК) затвора , чтобы обеспечить абсолютные данные синхронизации для огненного шара траекторий после триангуляции с временной точностью лучше , чем одну миллисекунду. Абсолютная синхронизация используется для расчета орбит метеороида, а относительная синхронизация, также включенная во временной код, требуется для анализа траектории (в частности, для расчета массы по замедлению метеороида).

внутри обсерватории, показывая компоненты
Внутреннее устройство последней версии проекта обсерватории DFN (по состоянию на август 2017 г.) с отображением камер, хранилища, платы управления питанием и встроенного ПК.

Конвейер обработки данных

Скорость сбора данных требует автоматизированного цифрового конвейера для сокращения данных. Беспроводная связь с каждой автоматизированной обсерваторией Fireball позволяет осуществлять перекрестную проверку на предмет подтверждения несколькими станциями и позволяет удаленно загружать изображения. Программное обеспечение было создано для облегчения определения траекторий огненного шара в пиксельных координатах . Они преобразуются в небесные координаты с точностью до минуты дуги с помощью мощного инструмента астрометрической калибровки, созданного для автоматической идентификации окружающих звезд и использования их в качестве системы привязки. Различные углы наблюдения триангулируются с использованием модифицированного подхода минимизации наименьших квадратов, который теперь включает взвешивание на основе качества изображения для получения полной наблюдаемой траектории. Система затвора в линзах каждой обсерватории кодирует уникальную неповторяющуюся последовательность Де Брейна в каждом огненном шаре. Это обеспечивает точную, абсолютную информацию о времени для продолжительности траектории до 0,4 мс. Специально написанное программное обеспечение использует входные параметры для определения орбит каждого метеороида . Чтобы определить, будет ли потенциальный метеорит , моделируется оценка изменения массы метеороида. Как только абляция прекращается, атмосферные ветры сильно влияют на путь метеороида к земле. Данные Глобальной системы прогнозирования используются в модели атмосферного ветра с сеткой с разрешением 0,008 градуса, уникально созданной вокруг области огненного шара. Имитация полета в темноте по методу Монте-Карло выполняется для определения вероятной области поиска основной массы и осколков.

Погодное моделирование

Темные полета траектория из метеороида в значительной степени зависят от атмосферных ветров, особенно с помощью реактивной струи . В результате положение падения метеорита может сместиться на несколько километров по сравнению со сценарием без ветра.

Погодная ситуация в районе окончания светового полета численно моделируется с использованием модели исследования и прогнозирования погоды (WRF) третьего поколения с динамическим решателем ARW (Advanced Research WRF). Модель погоды обычно инициализируется с использованием данных Глобального анализа тропосферы Глобальных национальных центров прогнозирования окружающей среды (NCEP), окончательного анализа (FNL), оперативной модели с разрешением в один градус . Модель строит трехмерную матрицу для заданной площади и времени с разрешением по горизонтали до 1 км. Из этих трехмерных данных извлекаются профили погоды; компоненты включают скорость ветра, направление ветра, давление, температуру и относительную влажность на высотах до 30 км, в большинстве случаев полностью покрывая темный полет.

Обработка и архивирование больших объемов данных

DFN производит сотни терабайт данных в год, которые в основном состоят из изображений всего неба с высоким разрешением. С предполагаемым расширением сети этот объем будет увеличиваться. Для основной цели этой сети, восстановления метеоритов, требуется лишь небольшая часть этих данных (изображения, содержащие огненные шары), и она обрабатывается конвейером обработки данных (см. Выше). Однако есть много других потенциальных применений данных - это области астрономии или космической ситуационной осведомленности .

Полные объемы данных, записываемых камерами, слишком велики для удаленной передачи. Поэтому съемные жесткие диски собираются во время регулярного обслуживания объектов обсерватории DFN, заменяются пустыми жесткими дисками, а затем транспортируются в Перт для архивации в хранилище данных в суперкомпьютерном центре Pawsey . Многопетабайтное хранилище данных позволяет выполнять поиск в наборе данных с использованием общих и пользовательских метаданных проекта, а также обмениваться данными с другими исследовательскими группами.

Поиск метеорита

Прогнозы падения метеорита с помощью сети камер обычно дают «линию падения» - прямую или изогнутую линию на земле, обычно длиной несколько километров, - где считается, что метеорит упал где-то вдоль линии, но его точное местоположение неизвестно. Это результат процесса триангуляции , влияние атмосферных ветров во время падения и знание видимого видимого замедления метеорита, но отсутствие информации о его плотности, форме и точной массе.

Теория поиска метеорита во многом обязана теории поиска и спасения , хотя и несколько упрощенной, поскольку метеорит не является движущейся целью. Большинство падений, наблюдаемых DFN, происходят в отдаленных глубинках, поэтому поисковые группы обычно состоят из 4-6 человек, которые разбивают лагерь на месте на срок до двух недель. Это означает, что стратегия поиска ориентирована на эффективность, а не на скорость: извлечение метеорита в последний день экспедиции так же научно важно, как и в первый день, в отличие, например, от поиска и спасения пропавших без вести, где скорость по сути. Практические методы поиска, используемые командой DFN, адаптированы к прогнозируемому размеру падения и эллипсу ошибок:

  • Пеший поиск, построение координатной сетки с использованием устройств GPS для направления пешеходов или использование маркеров съемки для отметки областей, что полезно для прогнозируемых меньших масс или меньшего эллипса ошибок. Это позволяет детально охватить территорию с большей достоверностью, но в единицу времени выполняется поиск меньшей площади.
  • Для больших территорий поиск на квадроциклах или квадроциклах. Это наиболее применимо для прогнозируемых крупных падений или хорошей чистой зоны с хорошей видимостью на большом расстоянии.
  • Текущие исследования сосредоточены на использовании дронов как метода повышения эффективности.

Информационно-пропагандистская деятельность

«Огненные шары в небе» - это отмеченная наградами информационно-пропагандистская программа, в которой рассказывается об истории сети «огненных шаров» в пустыне. «Огненные шары в небе» привлекают людей всех возрастов со всего мира к участию в этом чуде науки о огненных шарах и метеоритах. Эта инновационная информационная программа побуждает граждан мира участвовать в исследовании, сообщая о наблюдениях за огненными шарами через приложение «Огненные шары в небе», созданное с помощью ThoughtWorks . Благодаря дополненной реальности, интуитивно понятному интерфейсу и сенсорной технологии приложения для смартфона любой человек в любой точке мира может воссоздать свое наблюдение за огненным шаром, чтобы внести полезные с научной точки зрения данные. Чтобы загрузить приложение и увидеть последние отчеты со всего мира, перейдите по этой ссылке . В настоящее время это лучшая доступная система для сообщения о точных публичных наблюдениях за огненными шарами в мире, которая вводится непосредственно в базу данных DFN.

Партнеры

Проект DFN базируется в Университете Кертина в Перте, Западная Австралия. Вместе с НАСА DFN расширяется до глобальной обсерватории огненного шара через Виртуальный институт исследований солнечной системы (SSERVI). Научные и технические исследования SSERVI сосредоточены на связи между исследованием планет и исследованием человека через финансируемые американские команды и широкую сеть международных партнеров.

Смотрите также

использованная литература