على النقيض من ذلك، يمكن أن تضرب الكويكبات الأصغر بكثير، التي تعادل حجم حافلة، الأرض بشكل أكثر تكرارًا، كل بضع سنوات. هذه الكويكبات “التي قياسها عشرات الأمتار”، التي يبلغ عرضها فقط عشرات الأمتار، من المرجح أن تهرب من حزام الكويكبات الرئيسي وتتحرك لتصبح أجسام قريبة من الأرض. إذا أصابت، فإن هذه الصخور الفضائية الصغيرة ولكن القوية يمكن أن ترسل موجات صدمية عبر مناطق كاملة، مثل تأثير عام 1908 في تونغوسكا، سيبيريا، والكويكب الذي انفجر في السماء فوق تشيليابينسك، الأورال، في عام 2013. سيكون من الممكن مراقبة الكويكبات الرئيسية بحجم عشرات الأمتار سيوفر نافذة إلى أصل النيازك.

الآن، وجد علماء الفلك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة لرصد الكويكبات الصغيرة التي يبلغ قطرها عشرة أمتار داخل حزام الكويكبات الرئيسي – وهو حقل من الحطام بين المريخ والمشتري حيث تدور ملايين الكويكبات. حتى الآن، كانت أصغر الكويكبات التي تمكن العلماء من تمييزها هناك تبلغ حوالي كيلومتر في القطر. مع النهج الجديد للفريق، يمكن للعلماء الآن رصد الكويكبات في الحزام الرئيسي التي يبلغ قطرها 10 أمتار فقط.  

في ورقة ظهرت في مجلة Nature، أفاد دي ويت وزملاؤه أنهم استخدموا نهجهم لاكتشاف أكثر من 100 كويكب جديد يتراوح قطره عشرة أمتار في حزام الكويكبات الرئيسي. تتراوح أحجام الصخور الفضائية من حجم حافلة إلى عدة ملاعب، وهي أصغر الكويكبات داخل الحزام الرئيسي التي تم اكتشافها حتى الآن. 

يتصور الباحثون أن هذا النهج يمكن استخدامه لتحديد وتتبع الكويكبات التي من المحتمل أن تقترب من الأرض. 

“لقد تمكنا من كشف الأجسام القريبة من الأرض التي يصل حجمها إلى 10 أمتار عندما تكون قريبة جداً من الأرض”، يقول المؤلف الرئيسي للدراسة، أرتيم بورداكوف، عالم أبحاث في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. “لدينا الآن طريقة لرصد هذه الكويكبات الصغيرة عندما تكون أبعد بكثير، بحيث يمكننا القيام بتعقب مداري أكثر دقة، وهو أمر أساسي للدفاع الكوكبي.”

يشمل مؤلفو الدراسة المشاركون أساتذة علم الكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، جوليان دي ويت وريتشارد بينزل، إلى جانب متعاونين من عدة مؤسسات أخرى.

تحويل الصورة

دي ويت وفريقه يركزون بشكل أساسي على البحث والدراسات المتعلقة بالكواكب الخارجية — العوالم خارج النظام الشمسي التي قد تكون قابلة للسكن. الباحثون جزء من المجموعة التي اكتشفت في عام 2016 نظامًا كوكبيًا حول TRAPPIST-1، وهو نجم يبعد حوالي 40 سنة ضوئية عن الأرض. باستخدام تلسكوب الكواكب العابرة والكويكبات الصغيرة (TRAPPIST) في تشيلي، أكد الفريق أن النجم يحتوي على كواكب صخرية بحجم الأرض، عدة منها تقع في المنطقة القابلة للسكن. 

ومنذ ذلك الحين، قام العلماء بتوجيه العديد من التلسكوبات، التي تركز على أطوال موجية مختلفة، نحو نظام TRAPPIST-1 لتوصيف الكواكب بشكل أفضل والبحث عن علامات الحياة. مع هذه البحوث، كان على علماء الفلك فرز “الضجيج” في صور التلسكوب، مثل أي غاز أو غبار أو أجسام كوكبية بين الأرض والنجم، لتفسير كواكب TRAPPIST-1 بشكل أوضح. وغالبًا ما يتضمن الضجيج الذي يتخلصون منه كويكبات عابرة.

“بالنسبة لمعظم علماء الفلك، تُعتبر الكويكبات نوعًا ما من الآفات في السماء، بمعنى أنها تعبر مجال رؤيتك وتؤثر على بياناتك”، يقول دي ويت.

تساءل دي ويت وبوردانوف عما إذا كان يمكن إعادة استخدام البيانات نفسها المستخدمة للبحث عن الكواكب الخارجية لاستخراج الكويكبات في نظامنا الشمسي. للقيام بذلك، نظروا إلى تقنية “التحويل والتكديس”، وهي تقنية لمعالجة الصور تم تطويرها لأول مرة في التسعينيات. تتضمن هذه الطريقة تحويل صور متعددة لنفس مجال الرؤية وتكديس الصور لمعرفة ما إذا كان يمكن لجسم خافت آخر أن يتفوق على الضجيج.

يتطلب تطبيق هذه الطريقة للبحث عن الكويكبات غير المعروفة في الصور التي تركز أساسًا على النجوم البعيدة موارد حسابية كبيرة، حيث سيشمل ذلك اختبار عدد هائل من السيناريوهات لمكان وجود كويكب. بعد ذلك، سيتعين على الباحثين نقل آلاف الصور لكل سيناريو ليروا ما إذا كان الكويكب فعلاً في المكان الذي تم التنبؤ به.

قبل عدة سنوات، وجد بورداينوف، ودي ويت، وطالبة الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا سامانثا هاسلر أنهم يمكنهم القيام بذلك باستخدام وحدات معالجة الرسوميات المتطورة – وحدات معالجة الرسوميات التي يمكنها معالجة كمية هائلة من بيانات التصوير بسرعات عالية.

لقد حاولوا في البداية نهجهم على بيانات من مسح SPECULOOS (البحث عن كواكب قابلة للسكن يتداخل فيها النجوم الباردة جداً) — وهو نظام من التلسكوبات الأرضية التي تأخذ العديد من الصور لنجم على مدى الوقت. وقد أظهر هذا الجهد، إلى جانب تطبيق ثانٍ باستخدام بيانات من تلسكوب في القارة القطبية الجنوبية، أن الباحثين يمكنهم بالفعل اكتشاف عدد هائل من الكويكبات الجديدة في الحزام الرئيسي.

“فضاء غير مستكشف”

في الدراسة الجديدة، بحث الباحثون عن المزيد من الكويكبات، وصولاً إلى أحجام أصغر، باستخدام بيانات من أقوى مرصد في العالم — تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا (JWST)، والذي يتمتع بحساسية خاصة للأشعة تحت الحمراء بدلاً من الضوء المرئي. كما أن الكويكبات التي تدور في الحزام الرئيسي للكويكبات تكون أكثر إشراقًا بكثير عند الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء مقارنة بالأطوال الموجية المرئية، وبالتالي فهي أسهل بكثير في الكشف باستخدام قدرات JWST في الأشعة تحت الحمراء.

طبق الفريق نهجهم على صور JWST لنظام TRAPPIST-1. كانت البيانات تتكون من أكثر من 10,000 صورة للنجم، التي تم الحصول عليها في الأصل للبحث عن علامات على وجود أجواء حول الكواكب الداخلية للنظام. بعد معالجة الصور، تمكن الباحثون من رصد ثمانية كويكبات معروفة في الحزام الرئيسي. ثم نظروا أبعد واكتشفوا 138 كويكبًا جديدًا حول الحزام الرئيسي، جميعها ضمن عشرات الأمتار في القطر – أصغر الكويكبات في الحزام الرئيسي التي تم اكتشافها حتى الآن. يشتبهون في أن بعض الكويكبات في طريقها لتصبح أجسامًا قريبة من الأرض، بينما من المحتمل أن يكون واحد منها تروجان – كويكب يتبع كوكب المشتري.

“كنا نعتقد أننا سنكتشف بعض الأجسام الجديدة فقط، لكننا اكتشفنا العديد من الأجسام أكثر مما كان متوقعًا، خاصة الصغيرة منها”، يقول دي ويت. “إنها علامة على أننا نستكشف نظام سكان جديد، حيث تتشكل العديد من الأجسام الصغيرة من خلال cascades من الاصطدامات التي تكون فعالة جدًا في تكسير الكويكبات إلى أقل من حوالي 100 متر.”

“هذه مساحة جديدة تمامًا وغير مستكشفة ندخلها، بفضل التقنيات الحديثة”، يقول بردانوف. “إنها مثال جيد على ما يمكننا القيام به كمجال عندما ننظر إلى البيانات بشكل مختلف. أحيانًا يكون هناك عائد كبير، وهذه واحدة من تلك الحالات.”

تم دعم هذا العمل جزئيًا بواسطة مؤسسة هايسينغ-سيمونز، ومؤسسة العلوم التشيكية، وبرنامج منح الأجهزة الأكاديمية من NVIDIA.

 

###

كتبه جينيفر تشو، أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

---

---