/图像-1/由喷气推进实验室拍摄 这张图显示了JPL近地天体研究中心计算出的2200个潜在危险天体的轨道
突出显示的是双小行星迪吉默斯的轨道，这是美国宇航局双小行星重定向测试(DART)任务的目标
信用:美国宇航局/JPL-加州理工学院 迄今为止，持续扫描夜空的勘测望远镜已经发现了近28，000颗近地小行星，以每年约3，000颗的速度增加了新的发现
但是，随着更大、更先进的勘测望远镜在未来几年内加速搜索，发现量预计会迅速上升
预计到这一增长，美国宇航局的天文学家已经开发了下一代撞击监测算法，称为哨兵-二号，以更好地评估NEA撞击概率
流行文化经常把小行星描绘成混乱的物体，在我们的太阳系周围随意缩放，不可预测地改变方向，并在没有片刻通知的情况下威胁我们的星球
这不是现实
小行星是非常容易预测的天体，它们遵循物理定律，并遵循已知的绕太阳轨道运行
但有时，这些路径可能非常接近地球的未来位置，并且由于小行星位置的微小不确定性，不能完全排除未来撞击地球的可能性
因此，天文学家使用复杂的撞击监测软件来自动计算撞击风险
由美国宇航局南加州喷气推进实验室管理的近地天体研究中心(CNEOS)计算每个已知的NEA轨道，以改进撞击危险评估，支持美国宇航局行星防御协调办公室(PDCO)
法国国家空间研究中心利用JPL于2002年开发的名为“哨兵”的软件监测了近地天体造成的撞击风险
“Sentry的第一个版本是一个非常有能力的系统，已经运行了将近20年，”Javier Roa Vicens说，他在JPL担任导航工程师期间领导了Sentry-II的开发，最近他搬到了SpaceX
“这是基于一些非常聪明的数学:在不到一个小时的时间里，你可以可靠地得到一颗新发现的小行星在未来100年内撞击的概率——这是一个不可思议的壮举
" 但是有了Sentry-II，NASA有了一个工具，可以快速计算所有已知nea的撞击概率，包括一些原始Sentry没有捕捉到的特殊情况
哨兵二号报告了法国国家空间研究中心哨兵表中风险最大的物体
通过以这种新的方式系统地计算撞击概率，研究人员使撞击监测系统更加强大，使美国宇航局能够自信地评估所有潜在的撞击，概率低至1000万分之几
这段视频解释了小行星贝努鸟围绕太阳的轨道是如何通过考虑引力和非引力来确定的，帮助科学家了解小行星的轨道将如何随着时间的推移而变化
荣誉:美国宇航局戈达德太空飞行中心 特殊情况 当一颗小行星穿过太阳系时，太阳的引力决定了它的轨道，行星的引力也会以可预测的方式拉动它的轨道
Sentry高精度地模拟了这些引力如何塑造小行星的轨道，帮助预测它在未来的遥远位置
但是它不能解释非重力，最重要的是太阳热量引起的热力
当小行星旋转时，阳光会加热该物体的白天
受热的表面将旋转到小行星的阴面并冷却下来
红外能量在冷却时释放，对小行星产生微小而持续的推力
这种现象被称为亚尔科夫斯基效应，它在短时间内对小行星的运动几乎没有影响，但可以在几十年和几个世纪内显著改变其路径
“哨兵不能自动处理亚尔科夫斯基效应的事实是一个限制，”大卫·法诺奇亚说，他是JPL的导航工程师，也帮助开发了哨兵-2
“每次我们遇到特殊情况——比如小行星阿波菲斯、贝努鸟或1950 DA——我们都必须进行复杂而耗时的人工分析
有了哨兵二号，我们再也不用这么做了
" 原始Sentry算法的另一个问题是，它有时无法准确预测小行星与地球发生极近距离碰撞的概率
这些近地小行星的运动被我们星球的重力显著偏转，遭遇后的轨道不确定性会急剧增加
在这种情况下，老哨兵的计算可能会失败，需要人工干预
哨兵二号没有这个限制
“就数字而言，我们发现的特殊情况只占我们计算撞击概率的所有近地天体的极小一部分，”罗阿·维森斯说
“但是，当美国宇航局计划中的近地天体探测器任务和维拉C号任务开始时，我们将会发现更多这样的特殊情况
智利的鲁宾天文台上线了，所以我们需要做好准备
" 这个动画展示了近地小行星轨道上的不确定性是如何随时间演变的
在这样一颗小行星与地球近距离相遇后，不确定性区域变得更大，使得未来撞击的可能性更难评估
信用:美国宇航局/JPL-加州理工学院 许多针，一个草堆 撞击概率是这样计算的:当望远镜追踪一个新的NEA时，天文学家测量小行星在天空中的观测位置，并将它们报告给小行星中心
然后，法国国家空间研究中心利用这些数据来确定这颗小行星最有可能绕太阳运行的轨道
但是由于小行星的观测位置存在轻微的不确定性，它的“最可能轨道”可能并不代表它的真实轨道
真正的轨道是在一个不确定区域内的某个地方，就像一团围绕着最可能的轨道的可能性云
为了评估撞击是否可能，缩小真实轨道的范围，最初的哨兵会对不确定性区域如何演变做出一些假设
然后，它将沿着跨越不确定区域的线选择一组均匀间隔的点
每一个点都代表了小行星当前可能的略微不同的位置
哨兵会将时钟拨快，观察那些围绕太阳运行的“虚拟小行星”，看看未来是否有任何小行星靠近地球
如果是这样，需要进一步的计算来“放大”看是否有任何中间点可能撞击地球，如果有，估计撞击概率
哨兵二号有不同的哲学
新算法模拟了数千个随机点，不受任何关于不确定性区域如何演化的假设的限制；相反，它在整个不确定性区域中选择随机点
Sentry-II的算法接着问:在整个不确定区域内，有哪些可能的轨道会撞击地球？ 这样，轨道确定计算就不会被预先确定的关于不确定区域的哪些部分可能导致可能的影响的假设所影响
这使得哨兵-二号能够瞄准更低概率的撞击场景，哨兵可能错过了其中一些场景
Farnocchia将这一过程比作大海捞针:大海捞针是可能的撞击场景，大海捞针是不确定区域
小行星位置的不确定性越大，干草堆就越大
哨兵会随机地在干草堆上戳上千次，寻找位于贯穿干草堆的一条线附近的针
假设沿着这条线是寻找针头的最佳方式
但是Sentry-II假设没有线，而是把数千个小磁铁随机地扔在干草堆上，这些磁铁很快被附近的针吸引，然后找到它们
“哨兵-2是一个了不起的进步，在发现巨大范围的场景微小的撞击概率，”史蒂夫切斯利说，JPL的高级研究科学家，谁领导了哨兵的发展，并合作哨兵-2
“当未来小行星撞击的后果如此之大时，寻找隐藏在数据中的最小撞击风险是值得的
" 一项描述哨兵-2的研究发表在12月12日的《天文学杂志》上
1, 2021
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