El nuevo sistema mejora las capacidades del Centro de Estudios de Objetos Cercanos a la Tierra de la NASA JPL para evaluar el riesgo de impacto de los asteroides que pueden acercarse a nuestro planeta.
Hasta la fecha, se han encontrado cerca de 28.000 asteroides cercanos a la Tierra (NEA) mediante telescopios de exploración que escanean continuamente el cielo nocturno, agregando nuevos descubrimientos a una tasa de aproximadamente 3.000 por año. Pero a medida que los telescopios más grandes y más avanzados aceleren la búsqueda durante los próximos años, se espera un rápido aumento en los descubrimientos. Anticipándose a este aumento, los astrónomos de la NASA han desarrollado un algoritmo de monitoreo de impacto de próxima generación llamado Sentry-II para evaluar mejor las probabilidades de impacto del NEA.
La cultura popular a menudo describe a los asteroides como objetos caóticos que se desplazan al azar alrededor de nuestro sistema solar, cambian de rumbo de manera impredecible y amenazan a nuestro planeta sin previo aviso. Ésta no es la realidad. Los asteroides son cuerpos celestes extremadamente predecibles que obedecen las leyes de la física y siguen trayectorias orbitales conocidas alrededor del Sol.
Pero a veces, esos caminos pueden acercarse mucho a la posición futura de la Tierra y, debido a las pequeñas incertidumbres en las posiciones de los asteroides, no se puede descartar por completo un impacto futuro en la Tierra. Por lo tanto, los astrónomos utilizan un sofisticado software de monitoreo para calcular automáticamente el riesgo de impacto.
Administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, el Centro de Estudios de Objetos Cercanos a la Tierra (CNEOS) calcula todas las órbitas NEA conocidas para mejorar las evaluaciones de peligros de impacto en apoyo de la Oficina de Coordinación de Defensa Planetaria (PDCO) de la NASA. CNEOS ha monitoreado el riesgo de impacto que representan los NEA con un software llamado Sentry, desarrollado por JPL en 2002.
“La primera versión de Sentry era un sistema muy capaz que estuvo en funcionamiento durante casi 20 años”, dijo Javier Roa Vicens, quien dirigió el desarrollo de Sentry-II mientras trabajaba en JPL como ingeniero de navegación y recientemente se mudó a SpaceX. “Se basó en algunas matemáticas muy inteligentes: en menos de una hora, se podía obtener de manera confiable la probabilidad de impacto de un asteroide recién descubierto durante los próximos 100 años, una hazaña increíble”.
Pero con Sentry-II, la NASA tiene una herramienta que puede calcular rápidamente las probabilidades de impacto para todos los NEA conocidos, incluidos algunos casos especiales no capturados por el Sentry original. Sentry-II informa sobre los objetos de mayor riesgo en la Mesa Centinela de CNEOS.
Al calcular sistemáticamente las probabilidades de impacto de esta nueva forma, los investigadores han hecho que el sistema de monitoreo de impactos sea más robusto, lo que permite a la NASA evaluar con confianza todos los impactos potenciales con probabilidades tan bajas como unas pocas en 10 millones.
Casos especiales
A medida que un asteroide viaja a través del sistema solar, la atracción gravitacional del Sol dicta la trayectoria de su órbita, y la gravedad de los planetas también tirará de su trayectoria de formas predecibles. Sentry modeló con gran precisión cómo estas fuerzas gravitacionales dieron forma a la órbita de un asteroide, ayudando a predecir dónde estará en el futuro. Pero no podía tener en cuenta las fuerzas no gravitacionales, siendo las más importantes las fuerzas térmicas provocadas por el calor del Sol.
Cuando un asteroide gira, la luz solar calienta el lado diurno del objeto. La superficie calentada luego rotará hacia el lado nocturno sombreado del asteroide y se enfriará. La energía infrarroja se libera a medida que se enfría, generando un empuje pequeño pero continuo sobre el asteroide. Este fenómeno se conoce como efecto Yarkovsky, que tiene poca influencia en el movimiento del asteroide durante períodos cortos, pero puede cambiar significativamente su trayectoria durante décadas y siglos.
“El hecho de que Sentry no pudiera manejar automáticamente el efecto Yarkovsky fue una limitación”, dijo Davide Farnocchia, un ingeniero de navegación en JPL que también ayudó a desarrollar Sentry-II. “Cada vez que nos encontrábamos con un caso especial, como los asteroides Apophis, Bennu o 1950 DA, teníamos que hacer análisis manuales complejos y que requerían mucho tiempo. Con Sentry-II, ya no tenemos que hacer eso “.
Otro problema con el algoritmo Sentry original era que a veces no podía predecir con precisión la probabilidad de impacto de los asteroides que experimentan encuentros extremadamente cercanos con la Tierra. El movimiento de estos NEA se ve desviado significativamente por la gravedad de nuestro planeta, y las incertidumbres orbitales posteriores al encuentro pueden aumentar drásticamente. En esos casos, los cálculos del viejo Sentry podrían fallar, requiriendo intervención manual. Sentry-II no tiene esa limitación.
“En términos de números, los casos especiales que encontraríamos fueron una fracción muy pequeña de todos los NEA para los que calcularíamos las probabilidades de impacto”, dijo Roa Vicens. “Pero vamos a descubrir muchos más de estos casos especiales cuando la misión NEO Surveyor planificada de la NASA y el Observatorio Vera C. Rubin en Chile estén en línea, así que debemos estar preparados”.
Muchas agujas, un pajar
Así es como se calculan las probabilidades de impacto: cuando los telescopios rastrean un nuevo NEA, los astrónomos miden las posiciones observadas del asteroide en el cielo y las informan al Minor Planet Center. Luego, CNEOS usa esos datos para determinar la órbita más probable del asteroide alrededor del Sol. Pero debido a que existen ligeras incertidumbres en la posición observada del asteroide, su “órbita más probable” podría no representar su verdadera órbita. La verdadera órbita está en algún lugar dentro de una región de incertidumbre, como una nube de posibilidades que rodea la órbita más probable.
Para evaluar si un impacto es posible y limitar dónde puede estar la verdadera órbita, el Sentry original haría algunas suposiciones sobre cómo puede evolucionar la región de incertidumbre. A continuación, seleccionaría un conjunto de puntos espaciados uniformemente a lo largo de una línea que abarcara la región de incertidumbre. Cada punto representaba una posible ubicación actual del asteroide ligeramente diferente.
Sentry luego adelantaría el reloj, observaría esos “asteroides virtuales” orbitar el Sol y vería si alguno se acercaba a la Tierra en el futuro. Si es así, se necesitarían más cálculos para “acercar” para ver si algún punto intermedio podría impactar la Tierra y, si lo hiciera, estimar la probabilidad del impacto.
Sentry-II tiene una filosofía diferente. El nuevo algoritmo modela miles de puntos aleatorios no limitados por suposiciones sobre cómo puede evolucionar la región de incertidumbre; en cambio, selecciona puntos aleatorios en toda la región de incertidumbre. Luego, el algoritmo de Sentry-II pregunta: ¿Cuáles son las posibles órbitas dentro de toda la región de incertidumbre que podrían golpear la Tierra?
De esta manera, los cálculos de la determinación orbital no están formados por suposiciones predeterminadas sobre qué partes de la región de incertidumbre podrían conducir a un posible impacto. Esto permite que Sentry-II se concentre en escenarios de impacto de muy baja probabilidad, algunos de los cuales Sentry puede haber pasado por alto.
Farnocchia compara el proceso con la búsqueda de agujas en un pajar: las agujas son posibles escenarios de impacto y el pajar es la región de incertidumbre. Cuanto mayor es la incertidumbre en la posición de un asteroide, más grande es el pajar. Sentry hurgaba al azar en el pajar miles de veces en busca de agujas ubicadas cerca de una sola línea que se extendía a través del pajar. Se suponía que seguir esta línea era la mejor forma de buscar agujas. Pero Sentry-II no asume ninguna línea y en su lugar arroja miles de pequeños imanes al azar por todo el pajar, que rápidamente se atraen y luego encuentran, las agujas cercanas.
“Sentry-II es un avance fantástico en la búsqueda de pequeñas probabilidades de impacto para una amplia gama de escenarios”, dijo Steve Chesley, científico investigador senior de JPL, quien dirigió el desarrollo de Sentry y colaboró en Sentry-II. “Cuando las consecuencias de un futuro impacto de asteroide son tan grandes, vale la pena encontrar incluso el riesgo de impacto más pequeño escondido en los datos”.
Un estudio que describe Sentry-II se publicó en el Astronomical Journal el 1 de diciembre de 2021.
Puedes encontrar más información en Inglés sobre CNEOS, asteroides y objetos cercanos a la Tierra en https://cneos.jpl.nasa.gov
Para obtener más información en Inglés sobre PDCO, visita https://www.nasa.gov/planetarydefense
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Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech