Проект Asteroids@home
Проект Asteroids@home
Asteroids@home — это добровольный проект распределенных вычислений, разработанный в Астрономическом институте Карлова университета в Праге в сотрудничестве с Радимом Ванчо из Чешской национальной команды. Инженер проекта — Йозеф Дюрех.
Он работает на программной платформе Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC) и использует мощность компьютеров добровольцев для решения проблемы инверсии кривых блеска для многих астероидов.
Почему распределенные вычисления?
Учитывая огромное количество фотометрических данных, поступающих в результате крупных обзоров всего неба, а также от астрономов, инверсия кривой блеска становится трудоемким процессом.
В будущем мы можем ожидать еще больше данных от исследований, которые либо уже работают (PanSTARRS), либо строятся (Gaia, LSST). Более того, данные исследований часто скудны по времени, а это означает, что период вращения — основной физический параметр — не может быть легко оценен на основе данных.
В отличие от классических кривых блеска, где период «виден» в данных, при анализе разреженных данных необходимо плотно сканировать широкий интервал всех возможных периодов. Этот факт значительно увеличивает время вычислений, и единственным практическим способом эффективной фотометрии сотен тысяч астероидов является использование распределенных вычислений.
Более того, задача идеальна для распараллеливания — интервал периода можно разбить на более мелкие части, которые просматриваются отдельно, а затем результаты объединяются.
Зачем изучать астероиды?
Большое несоответствие между огромным количеством всех известных астероидов и небольшим числом астероидов с известными основными физическими параметрами (формой, вращением, периодом) является сильной мотивацией для дальнейших исследований.
Знание физических свойств значительной части населения астероидов необходимо для понимания происхождения и эволюции всей Солнечной системы. Тепловое излучение небольших астероидов может существенно изменить их орбиту (эффект Ярковского), что может иметь решающее значение для прогнозирования вероятности их столкновения с Землей.
Чтобы иметь возможность вычислить, как тепловое излучение влияет на орбиту, мы должны знать вращение (а также, в определенной степени, форму) объекта.
Научные цели
Целью проекта является определение формы и вращения значительной части популяции астероидов.
В качестве входных данных мы используем любую доступную фотометрию астероидов.
В результате получены модели выпуклой формы астероида с указанием направления оси вращения и периода вращения. Модели будут опубликованы в рецензируемых журналах, а затем обнародованы в базе данных DAMIT.
Основные сведения об астероидах
Астероиды — небольшие тела Солнечной системы. Большинство из них вращаются между Марсом и Юпитером в так называемом главном поясе. Однако некоторые из них имеют орбиты, приближающиеся к орбите Земли или даже пересекающие ее.
Их называют околоземными астероидами.
Астероиды можно описать как твердые тела неправильной формы без атмосферы и комы. Их размер колеблется от сотен километров для самых крупных и до метров для самых маленьких, когда-либо обнаруженных. На данный момент известно почти полмиллиона астероидов — мы знаем их орбиту в Солнечной системе (измеряя их положение в разное время) и их приблизительный размер (измеряя их яркость и зная расстояние).
Чтобы узнать больше об их физических свойствах, необходимо использовать другие методы наблюдения.
Один из них — фотометрия: мы измеряем изменения яркости, вызванные вращением. С помощью этой методики были получены периоды вращения нескольких тысяч астероидов.
Кривые блеска астероидов
Подобно планетам, астероиды светятся отраженным солнечным светом. Поскольку расстояние астероида до Солнца и Земли меняется по мере того, как астероид и Земля вращаются вокруг Солнца, яркость астероида также меняется со временем. Помимо этого легко предсказуемого изменения яркости, астероиды также демонстрируют изменения яркости, вызванные их неправильной формой и вращением.
Астероиды вращаются, сечение видимой и освещенной части их поверхности меняется со временем, а значит, меняется и их яркость. Это изменение яркости называется кривой блеска.
Измеряя кривые блеска, мы можем измерить периоды вращения астероидов. Форма кривой блеска зависит от взаимной геометрии Солнца, Земли и астероида (которая известна, поскольку мы знаем орбиту астероида в Солнечной системе), а также от ориентации и формы оси вращения астероида (что мы и делаем).
Инверсия кривой блеска
Если имеется достаточно кривых блеска различной геометрии, можно получить модель формы, направление оси вращения и период вращения астероида.
Например, почти сферический астероид будет постоянно ярким, тогда как вытянутый астероид будет демонстрировать большие изменения яркости, если смотреть с ребра, и небольшие изменения, если смотреть с полюса. Процесс реконструкции формы и спина по кривым блеска называется инверсией кривых блеска.
С математической точки зрения инверсия кривой блеска — хороший и интересный пример обратной задачи. Можно показать, что на основе кривых блеска можно получить уникальную модель астероида выпуклой формы. С астрономической точки зрения метод инверсии кривых блеска позволяет выявить основные физические характеристики отдельных астероидов, инвертируя их кривые блеска. На данный момент таким образом были получены модели более чем 200 астероидов. Они хранятся в базе данных моделей астероидов по методам инверсии (DAMIT).
Научные результаты
Последнее обновление: 07.05.2015. Отчет о проделанной работе (сентябрь 2015 г.) № 01 Asteroids@home — проект распределенных вычислений BOINC для реконструкции формы астероидов (2015 г.) Модели астероидов из фотометрической базы данных Лоуэлла (2016 г.) Модели астероидов, реконструированные на основе фотометрической базы данных Лоуэлла и данных WISE (2018 г.) Полученные на данный момент модели астероидов:
Здесь λ и β — эклиптическая долгота и широта направления оси вращения, а P — период вращения. Обычно для одного астероида существует два возможных направления полюсов и соответствующие модели формы - инверсия кривой блеска не может решить эту двусмысленность для астероидов, вращающихся вокруг плоскости эклиптики. На каждом рисунке показана соответствующая модель формы со стороны экватора (первые два вида, разнесенные на 90 градусов) и с полюса (третий вид). В столбце «Рассчитано» перечислены все пользователи, предоставившие действительные результаты, содержащие решение, указанное в таблице. Публикации Этот плакат с описанием проекта был представлен на 44-м ежегодном собрании Отдела планетарных наук Американского астрономического общества (http://www.psi.edu/dps12/).
Хотите принять участие в распределенных вычислениях, тогда, Вам сюда:
Ссылка на git-хаб, где лежат исходники программы-клиента BOINC.
