أصغر الكويكبات التي تم اكتشافها على الإطلاق في الحزام الرئيسي للنظام الشمسي

على مدى المائتي عام الماضية، قام علماء الفلك بتصنيف أكثر من مليون كويكب في الحزام الرئيسي للنظام الشمسي، يصل قطرها إلى حوالي كيلومتر واحد. لكن الكويكبات الأصغر كانت بعيدة المنال - حتى وقت قريب، عندما استخدم فريق من العلماء بيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لرصد بعض الكويكبات الصغيرة التي يصل عرضها إلى 33 قدمًا (10 أمتار) - لا يزيد حجمها عن حافلة مدرسية. الكويكبات التي يبلغ حجمها عشرات الأمتار - تنشأ في حزام الكويكبات الرئيسي بين المريخ والمشتري. نظرًا لأن الكويكبات الأصغر حجمًا أكثر عرضة لأشعة الشمس والتأثيرات الحرارية التي تغير مساراتها، فمن المرجح أن تهرب من الحزام وتصطدم بالأرض، كل بضع سنوات.

عندما يحدث ذلك، يمكن أن تسبب أضرارًا كبيرة. على سبيل المثال، في تشيليابينسك، روسيا، في عام 2013، انفجر كويكب يبلغ عرضه حوالي 60 قدمًا (18 مترًا) في الهواء، مما تسبب في موجة صدمة أدت إلى إصابة الآلاف من الناس وإلحاق أضرار بمزيد من المباني. إن القدرة على اكتشاف هذه الأجسام عند منشأها في الحزام الرئيسي يمكن أن تزيد بشكل كبير من قدرتنا على مراقبة التهديدات المحتملة. لاكتشاف هذه الكويكبات، استخدم فريق بقيادة علماء الكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أرتيم بوردانوف وجوليان دي ويت بيانات أرشيفية من تلسكوب جيمس ويب وخوارزميات معالجة جديدة. في ورقة بحثية نُشرت في مجلة نيتشر في 9 ديسمبر، أفادوا باكتشاف 138 كويكبًا أصغر من 328 قدمًا (100 متر) - وهو أصغر كويكب تم اكتشافه على الإطلاق في حزام الكويكبات الرئيسي.

تحول في النهج

منذ عام 2016، استخدم دي ويت وفريقه تلسكوب الكواكب العابرة والكويكبات الصغيرة (ترابيست) في تشيلي لمعرفة المزيد عن النجم ترابيست-1 والعديد من الكواكب الخارجية في نظامه. في هذا الخط من العمل، تعتبر الأجسام مثل الكويكبات مصدر إزعاج يقوم العلماء بتصفيتها، إلى جانب "الضوضاء" من الغاز والغبار بيننا وبين الهدف. قال دي ويت في بيان صحفي لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "بالنسبة لمعظم علماء الفلك، يُنظر إلى الكويكبات على أنها نوع من الحشرات الضارة في السماء، بمعنى أنها تعبر مجال رؤيتك وتؤثر على بياناتك". ومع ذلك، رأى دي ويت وبوردانوف فرصة. فبدلاً من تصفية الكويكبات، سيحاولان العثور عليها باستخدام تقنية معالجة الصور تسمى التتبع الاصطناعي. تستخدم هذه الطريقة العديد من التعريضات القصيرة لمجال رؤية ثابت وتجمعها أثناء تحريكها في اتجاهات مختلفة.

إذا حدث أن تحرك جسم خافت عبر مجال الرؤية بنفس السرعة والاتجاه مثل التحول، فإن تكديس الصور المحولة يمكن أن يكشف عنها - كما لو كانت الكاميرا تتبع الجسم بالفعل في المقام الأول. نظرًا لأن الجسم يمكن أن يكون في أي مكان في المجال ويتحرك في أي اتجاه، فإن اختبار مجموعة واسعة من التحولات المحتملة يتطلب الكثير من الحسابات. لمعالجة جميع البيانات، كتب الفريق برنامجًا يستخدم بطاقات الرسومات الجاهزة، أو وحدات معالجة الرسومات (GPUs). (تم كتابة برامج سابقة للتتبع الاصطناعي لوحدات المعالجة المركزية التقليدية - والأبطأ - أو وحدات المعالجة المركزية). اختبر الفريق النهج باستخدام بيانات الأشعة تحت الحمراء من العديد من التلسكوبات الأرضية، بما في ذلك مشروع البحث عن الكواكب الصالحة للحياة التي تحجب النجوم فائقة البرودة (SPECULOOS) والبحث في القطب الجنوبي عن الكواكب الخارجية العابرة (ASTEP). اختبر الفريق هذه التقنية على تلسكوبات تعمل بالأشعة تحت الحمراء بدلاً من الضوء المرئي لأن الكويكبات الموجودة في الحزام الرئيسي مظلمة، لكنها تمتص الإشعاع من الشمس، مما يجعل اكتشافها أسهل بكثير في أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء. نجحت هذه التقنية كدليل على المفهوم، ونشر الفريق نتائجه في ورقتين في عام 2023.

تحليل الأمر

بالنسبة للدراسة الجديدة التي نشرتها مجلة نيتشر، استخدم الفريق 93.5 ساعة من ملاحظات TRAPPIST-1 من تلسكوب جيمس ويب الفضائي. ولأن التلسكوب لم يغير مجال رؤيته خلال كل جلسة من جلسات المراقبة، كانت البيانات مثالية لتقنية التتبع الاصطناعي. وكان إجمالي الكويكبات التي تم رصدها والتي بلغ حجمها 138 ديسيمترًا أكثر بكثير مما توقعه الفريق. وقد يصبح عدد قليل من الكويكبات أجسامًا قريبة من الأرض في مرحلة ما، في حين من المرجح أن يصبح أحدها طروادة - وهو كويكب يدور حول الشمس أمام أو خلف المشتري في مداره، خارج الحزام الرئيسي.

ووفقًا للورقة البحثية، يخطط الباحثون في النهاية لاستخدام ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي لـ 15 إلى 20 نجمًا مضيفًا للكواكب الخارجية لتحديد مئات الكويكبات الأخرى التي يبلغ حجمها ديسيمترًا في الحزام الرئيسي. يقول الفريق إن العدد الهائل من الكويكبات التي يبلغ قطرها ديكامترًا واحدًا والتي عثروا عليها هو علامة على أنهم يصطدمون بمجموعة لم يسبق رصدها من قبل - الكويكبات التي تنتج عن اصطدام وتفتت كويكبات أكبر. قال بوردانوف في بيان معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "إننا ندخل إلى فضاء جديد تمامًا وغير مستكشف، وذلك بفضل التقنيات الحديثة". "إنه مثال جيد لما يمكننا القيام به كحقل عندما ننظر إلى البيانات بشكل مختلف. في بعض الأحيان تكون هناك مكافأة كبيرة، وهذا هو أحدها".