Ed Lu will die Erde vor Killer-Asteroiden retten.
Oder zumindest, wenn ein großer Weltraumfelsen auf uns zukommt, will Dr. Lu, ein ehemaliger NASA-Astronaut mit einem Doktortitel in angewandter Physik, ihn finden, bevor er uns trifft – hoffentlich mit jahrelanger Vorwarnung und einer Chance für die Menschheit es abzulenken.
Am Dienstag gab die B612 Foundation, eine gemeinnützige Gruppe, an deren Gründung Dr. Lu beteiligt war, die Entdeckung von mehr als 100 Asteroiden bekannt. (Der Name der Stiftung ist eine Anspielung auf das Kinderbuch „Der kleine Prinz“ von Antoine de Saint-Exupéry; B612 ist der Heimatasteroid der Hauptfigur.)
Das allein ist unauffällig. Skywatcher auf der ganzen Welt melden ständig neue Asteroiden. Dazu gehören Amateure mit Hinterhofteleskopen und Robotervermessungen, die systematisch den Nachthimmel scannen.
Bemerkenswert ist, dass B612 kein neues Teleskop gebaut oder gar neue Beobachtungen mit bestehenden Teleskopen gemacht hat. Stattdessen wendeten von B612 finanzierte Forscher modernste Rechenleistung auf Jahre alte Bilder an – 412.000 davon in den digitalen Archiven des National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory oder NOIRLab – um Asteroiden aus den 68 Milliarden Punkten kosmischen Lichts herauszufiltern in den Bildern festgehalten.
„Das ist die moderne Art der Astronomie“ sagte Dr. Lu.
Die Forschung ergänzt die von der NASA und anderen Organisationen auf der ganzen Welt unternommenen Anstrengungen zur “planetaren Verteidigung”.
Heute sind von den geschätzten 25.000 erdnahen Asteroiden mit mindestens 460 Fuß Durchmesser nur etwa 40 Prozent von ihnen gefunden worden. Die anderen 60 Prozent – etwa 15.000 Weltraumfelsen, von denen jeder das Potenzial hat, bei einer Kollision mit der Erde die Energie freizusetzen, die Hunderten Millionen Tonnen TNT entspricht – bleiben unentdeckt.
B612 arbeitete mit Joachim Moeyens, einem Doktoranden an der University of Washington, und seinem Doktorvater, Mario Juric, einem Professor für Astronomie, zusammen. Sie und Kollegen vom Institut für Datenintensive Forschung in Astrophysik und Kosmologie der Universität entwickelten einen Algorithmus, der in der Lage ist, astronomische Bilder zu untersuchen, um nicht nur Lichtpunkte zu identifizieren, die Asteroiden sein könnten, sondern auch herauszufinden, welche Lichtpunkte in aufgenommenen Bildern aufgenommen wurden verschiedene Nächte sind eigentlich derselbe Asteroid.
Im Wesentlichen entwickelten die Forscher einen Weg, um herauszufinden, was bereits gesehen, aber nicht bemerkt wurde.
Typischerweise werden Asteroiden entdeckt, wenn derselbe Teil des Himmels im Laufe einer Nacht mehrmals fotografiert wird. Ein Streifen des Nachthimmels enthält eine Vielzahl von Lichtpunkten. Entfernte Sterne und Galaxien bleiben in derselben Anordnung. Aber viel nähere Objekte innerhalb des Sonnensystems bewegen sich schnell und ihre Position ändert sich im Laufe der Nacht.
Astronomen nennen eine Reihe von Beobachtungen eines einzelnen sich bewegenden Objekts während einer einzigen Nacht ein „Tracklet“. Ein Tracklet zeigt die Bewegung des Objekts an und weist Astronomen darauf hin, wo sie in einer anderen Nacht danach suchen könnten. Sie können auch ältere Bilder nach demselben Objekt durchsuchen.
Viele astronomische Beobachtungen, die nicht Teil einer systematischen Asteroidensuche sind, zeichnen unvermeidlich Asteroiden auf, aber nur zu einer einzigen Zeit und an einem einzigen Ort, nicht die mehreren Beobachtungen, die erforderlich sind, um Tracklets zusammenzustellen.
Die NOIRLab-Bilder wurden beispielsweise hauptsächlich vom Victor M. Blanco 4-Meter Telescope in Chile als Teil einer Durchmusterung von fast einem Achtel des Nachthimmels aufgenommen, um die Verteilung von Galaxien im Universum zu kartieren.
Die zusätzlichen Lichtflecken wurden ignoriert, weil sie nicht das waren, was die Astronomen untersuchten. „Das sind nur zufällige Daten in zufälligen Bildern des Himmels“, sagte Dr. Lu.
Aber für Mr. Moeyens und Dr. Juric ist ein einzelner Lichtpunkt, der weder ein Stern noch eine Galaxie ist, ein Ausgangspunkt für ihren Algorithmus, den sie Tracklet-less Heliocentric Orbit Recovery oder THOR nennen.
Die Bewegung eines Asteroiden wird genau durch das Gesetz der Schwerkraft bestimmt. THOR konstruiert eine Testbahn, die dem beobachteten Lichtpunkt entspricht, wobei ein bestimmter Abstand und eine bestimmte Geschwindigkeit angenommen werden. Es berechnet dann, wo sich der Asteroid in den folgenden und vorherigen Nächten befinden würde. Wenn dort in den Daten ein Lichtpunkt auftaucht, könnte das derselbe Asteroid sein. Wenn der Algorithmus fünf oder sechs Beobachtungen über ein paar Wochen miteinander verknüpfen kann, ist das ein vielversprechender Kandidat für eine Asteroidenentdeckung.
Im Prinzip gibt es unendlich viele mögliche Testbahnen zu untersuchen, aber das würde eine unpraktische Ewigkeit zur Berechnung erfordern. Da sich Asteroiden um bestimmte Umlaufbahnen gruppieren, muss der Algorithmus in der Praxis nur einige tausend sorgfältig ausgewählte Möglichkeiten berücksichtigen.
Dennoch ist die Berechnung von Tausenden von Testumlaufbahnen für Tausende von potenziellen Asteroiden eine gewaltige Rechenaufgabe. Aber das Aufkommen von Cloud Computing – enorme Rechenleistung und über das Internet verteilte Datenspeicherung – macht dies machbar. Google steuerte Zeit auf seiner Google Cloud-Plattform zu den Bemühungen bei.
„Das ist eine der coolsten Anwendungen, die ich je gesehen habe“, sagte Scott Penberthy, Direktor für angewandte künstliche Intelligenz bei Google.
Bisher haben die Wissenschaftler etwa ein Achtel der Daten eines einzigen Monats, September 2013, aus den NOIRLab-Archiven gesichtet. THOR produzierte 1.354 mögliche Asteroiden. Viele von ihnen befanden sich bereits im Katalog der Asteroiden, der vom Minor Planet Center der International Astronomical Union geführt wird. Einige von ihnen waren zuvor beobachtet worden, aber nur während einer Nacht, und das Tracklet reichte nicht aus, um sicher eine Umlaufbahn zu bestimmen.
Das Minor Planet Center hat bisher 104 Objekte als Neuentdeckungen bestätigt. Das NOIRLab-Archiv enthält Daten aus sieben Jahren, was darauf hindeutet, dass Zehntausende von Asteroiden darauf warten, gefunden zu werden.
„Ich finde es großartig,“, sagte Matthew Payne, Direktor des Minor Planet Center, der nicht an der Entwicklung von THOR beteiligt war. „Ich finde es sehr interessant und es ermöglicht uns auch, die bereits vorhandenen Archivdaten sinnvoll zu nutzen.“
Der Algorithmus ist derzeit so konfiguriert, dass er nur Hauptgürtel-Asteroiden findet, die Umlaufbahnen zwischen Mars und Jupiter haben, und keine erdnahen Asteroiden, die mit unserem Planeten kollidieren könnten. Die Identifizierung erdnaher Asteroiden ist schwieriger, weil sie sich schneller bewegen. Unterschiedliche Beobachtungen desselben Asteroiden können in Zeit und Entfernung weiter voneinander getrennt werden, und der Algorithmus muss mehr Rechenarbeit leisten, um die Verbindungen herzustellen.
„Es wird definitiv funktionieren“, sagte Mr. Moeyens. „Es gibt keinen Grund, warum das nicht geht. Ich hatte einfach keine Gelegenheit, es auszuprobieren.“
THOR hat nicht nur die Fähigkeit, neue Asteroiden in alten Daten zu entdecken, sondern könnte auch zukünftige Beobachtungen verändern. Nehmen Sie zum Beispiel das Vera C. Rubin-Observatorium, früher bekannt als Large Synoptic Survey Telescope, das derzeit in Chile gebaut wird.
Das von der National Science Foundation finanzierte Rubin-Observatorium ist ein 8,4-Meter-Teleskop, das den Nachthimmel wiederholt scannt, um zu verfolgen, was sich im Laufe der Zeit verändert.
Ein Teil der Mission des Observatoriums besteht darin, die großräumige Struktur des Universums zu untersuchen und entfernte explodierende Sterne, auch als Supernovae bekannt, zu entdecken. Näher an der Heimat wird es auch eine Vielzahl von Körpern entdecken, die kleiner als ein Planet sind und durch das Sonnensystem flitzen.
Vor einigen Jahren schlugen einige Wissenschaftler vor, dass die Beobachtungsmuster des Rubin-Teleskops so angepasst werden könnten, dass es mehr Asteroidenspuren identifizieren und somit mehr der gefährlichen, noch unentdeckten Asteroiden schneller lokalisieren könnte. Aber diese Änderung hätte andere astronomische Forschung verlangsamt.
Wenn sich herausstellt, dass der THOR-Algorithmus mit den Rubin-Daten gut funktioniert, müsste das Teleskop nicht zweimal pro Nacht denselben Teil des Himmels scannen und stattdessen doppelt so viel Fläche abdecken.
„Das könnte im Prinzip revolutionär oder zumindest sehr wichtig sein“, sagte Zeljko Ivezic, Direktor des Teleskops und Autor einer wissenschaftlichen Arbeit, die THOR beschrieb und anhand von Beobachtungen testete.
Wenn das Teleskop alle zwei Nächte statt alle vier zum gleichen Punkt am Himmel zurückkehren könnte, könnte dies anderen Forschungen zugute kommen, einschließlich der Suche nach Supernovas.
„Das wäre eine weitere Auswirkung des Algorithmus, die nicht einmal mit Asteroiden zu tun hat“, sagte Dr. Ivezic. „Das zeigt schön, wie sich die Landschaft verändert. Das Ökosystem der Wissenschaft verändert sich, weil Software jetzt Dinge tun kann, von denen Sie vor 20, 30 Jahren nicht einmal träumen würden, an die Sie nicht einmal denken würden.“
Für Dr. Lu bietet THOR einen anderen Weg, um die gleichen Ziele zu erreichen, die er vor einem Jahrzehnt hatte.
Damals hatte B612 ein ehrgeiziges und weitaus teureres Projekt im Visier. Die gemeinnützige Organisation wollte ein eigenes Weltraumteleskop namens Sentinel bauen, starten und betreiben.
Damals waren Dr. Lu und die anderen Leiter von B612 frustriert über das langsame Tempo der Suche nach gefährlichen Weltraumfelsen. Im Jahr 2005 verabschiedete der Kongress ein Mandat für die NASA, bis 2020 90 Prozent der erdnahen Asteroiden mit Durchmessern von 460 Fuß oder mehr zu lokalisieren und zu verfolgen. Aber der Gesetzgeber stellte der NASA nie das Geld zur Verfügung, das sie zur Erfüllung dieser Aufgabe benötigte, und die Frist verstrich mit weniger als die Hälfte dieser Asteroiden gefunden.
Es war für B612 schwierig, 450 Millionen US-Dollar von privaten Spendern aufzubringen, um Sentinel zu finanzieren, insbesondere weil die NASA ein eigenes Weltraumteleskop zur Asteroidensuche in Betracht zog.
Als die National Science Foundation grünes Licht für den Bau des Rubin-Observatoriums gab, bewertete B612 seine Pläne neu. „Wir könnten uns schnell umdrehen und sagen: ‚Was ist ein anderer Ansatz zur Lösung des Problems, den wir lösen wollen?’“, sagte Dr. Lu.
Das Rubin-Observatorium soll seine ersten Testbeobachtungen in etwa einem Jahr durchführen und in etwa zwei Jahren in Betrieb gehen. Zehn Jahre Rubin-Beobachtungen zusammen mit anderen Asteroidensuchen könnten endlich das 90-Prozent-Ziel des Kongresses erreichen, sagte Dr. Ivezic.
Die NASA beschleunigt auch ihre planetaren Verteidigungsbemühungen. Sein Asteroidenteleskop mit dem Namen NEO Surveyor befindet sich in der vorläufigen Entwurfsphase und soll 2026 gestartet werden.
Und später in diesem Jahr wird die Mission Double Asteroid Redirection Test ein Projektil in einen kleinen Asteroiden schlagen und messen, wie stark dies die Flugbahn des Asteroiden verändert. Chinas nationale Weltraumbehörde arbeitet an einer ähnlichen Mission.
Für B612 kann es, anstatt ein fast eine halbe Milliarde Dollar kostendes Teleskopprojekt zu erkämpfen, mit weniger teuren Forschungsanstrengungen wie THOR beitragen. Letzte Woche gab es bekannt, dass es Geschenke in Höhe von 1,3 Millionen US-Dollar erhalten hat, um weitere Arbeiten an Cloud-basierten Rechenwerkzeugen für die Asteroidenforschung zu finanzieren. Die Stiftung erhielt außerdem einen Zuschuss von Tito’s Handmade Vodka, der von anderen Spendern mit bis zu 1 Million US-Dollar ergänzt wird.
B612 und Dr. Lu versuchen nun nicht nur, die Welt zu retten. „Wir sind die Antwort auf eine Trivia-Frage, in welcher Beziehung Wodka zu Asteroiden steht.“ er sagte.