«Уэбб» никогда не предназначался для поиска астероидов. Он был создан для изучения самых глубоких и сложных вопросов о космосе: как образовались первые звёзды, как эволюционировали галактики, как формируются планеты, подобные нашей, и даже как зародилась жизнь. Однако в первую очередь это мощный инфракрасный телескоп, и его непревзойдённые возможности помогают ему решать ещё одну важную задачу: защищать Землю от опасных астероидов.

Человечество не хочет разделить судьбу динозавров. Около 66 миллионов лет назад их уничтожило столкновение с Чикшулубом. Астероид шириной от 10 до 15 км врезался в Землю в районе полуострова Юкатан, положив конец 165-миллионному правлению динозавров. Выжили только пернатые виды.

На фоне этих событий всё активнее ведётся работа по выявлению опасных космических камней, которые могут упасть на Землю. В 2005 году Конгресс США поручил НАСА «создать программу исследования объектов, сближающихся с Землёй, для обнаружения, отслеживания, каталогизации и определения характеристик некоторых астероидов и комет, сближающихся с Землёй». Эти усилия принесли свои плоды, особенно когда речь зашла о крупных астероидах, представляющих угрозу существованию.

Найти крупнейшие астероиды главного пояса не составляет труда. Они практически заявляют о своём присутствии, будучи хорошо видными в наши мощные телескопы. Крупные астероиды диаметром около 100 километров и более потенциально разрушительны, но они, как правило, движутся по стабильным орбитам в главном поясе.

А вот импакторы в несколько десятков метров найти сложнее. Масса у них гораздо меньше, и это значит, что они чаще присоединяются к популяциям околоземных объектов, сближающихся с Землёй (ОЗО), в результате взаимодействия в главном поясе. Хотя этим камням не уничтожить цивилизацию, они с большей вероятностью долетят до Земли и могут вызывать взрывы мегатонного эквивалента. Именно такие камни стоят за Тунгусским событием 1908 года и Челябинским взрывом 2013 года.

«Уэбб» помогает учёным понять эту популяцию космических камней, и новое исследование показывает, как это сделать. Исследование называется «Наблюдение "Уэбба" за декаметровыми астероидами главного пояса и взгляд на источники метеоритов». Работа опубликована в журнале Nature, а её соавторами являются Жюльен де Вит и Артём Бурданов, оба с факультета наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института.

«Обнаружение астероидов необходимо для организации планетарной обороны, направленных на предотвращение столкновений с Землёй, включая более частые мегатонные взрывы от импакторов размером в десятки метров, — пишут авторы. — Хотя крупные астероиды (~100 км) остаются в главном поясе с момента своего образования, небольшие астероиды обычно переносятся в популяцию объектов, сближающихся с Землёй (ОЗО)». ОЗО — это объекты, которые приближаются к Солнцу на расстояние менее 1,3 а.е. Сюда входят объекты, которые могут подойти достаточно близко, чтобы пересечь орбиту Земли, или потенциально подвергнуться влиянию земной гравитации.

Большинство астероидов обнаруживается с помощью наземных оптических телескопов, которые фиксируют отражённый ими солнечный свет (процент отражённого света называется альбедо). Однако опираться на измерения альбедо астероидов чревато ошибками. Например, небольшие объекты с высоким альбедо могут казаться больше, чем крупные объекты с малым альбедо.

Астероиды также излучают тепловую или инфракрасную энергию, и здесь на помощь приходит «Уэбб». «Обладая прекрасной чувствительностью в этом диапазоне длин волн и большой апертурой, "Уэбб" идеально подходит для обнаружения теплового излучения астероидов и выявления самых маленьких астероидов главного пояса», — пишут авторы в своей статье.

По словам исследователей, инфракрасные измерения «Уэбба» позволяют определить размер объекта с точностью до 10-20%, в то время как измерения одного альбедо могут давать ошибку в 3-4 раза. Это огромное расхождение, которое может привести к рискованному недопониманию населения главного пояса астероидов.

Бурданов, де Вит и их соавторы разработали новый способ обнаружения импакторов размерами в десятки метров с помощью «Уэбб», используя GPU, а также то, что исследователи называют «синтетическими методами слежения». Изначально эти методы были разработаны для поиска экзопланет, но теперь они приносят свои плоды в работе над каталогом астероидов. Метод синтетического слежения исследователей предназначен для обнаружения астероидов в данных, полученных в ходе наблюдений за экзопланетами. «Уэбб» наблюдал за звездой TRAPPIST-1 в течение более 90 часов в 2022-23 годах, и эти результаты основаны на этих данных.

«После применения нашей системы на базе GPU для обнаружения астероидов в целевых наблюдениях экзопланет мы смогли обнаружить 8 известных и 139 неизвестных астероидов, — пишут авторы. — 139 новых обнаружений не соотносятся ни с одним из известных астероидов».

Их размер варьируется от автобуса до нескольких стадионов в ширину. Это самые маленькие объекты, когда-либо обнаруженные в главном поясе астероидов.

«Мы смогли обнаружить околоземные объекты размером до 10 метров, когда они находятся очень близко к Земле, — сказал автор Артём Бурданов в пресс-релизе. — Теперь у нас есть возможность обнаружить эти небольшие астероиды, когда они находятся гораздо дальше, что позволит нам более точно отслеживать их орбиту, что имеет ключевое значение для планетарной обороны».

«Для большинства астрономов астероиды — это своего рода паразиты неба, в том смысле, что они просто пересекают ваше поле зрения и влияют на ваши данные», — сказал соавтор исследования Жюльен де Вит.

Де Вит и его коллеги-исследователи помогли открыть систему TRAPPIST-1 в 2016 году. В науке об экзопланетах такие объекты, как астероиды, считаются шумом, мешающим попыткам обнаружить экзопланеты. Такие астероиды в основном не учитываются в исследованиях. В последние годы астрономы направляли «Уэбб» на систему TRAPPIST-1 и использовали его инфракрасные возможности для измерения температуры самой внутренней планеты и наблюдения за вспышками на звёздах. Эти наблюдения создали то, что де Вит называет «бонусной наукой».

«Наше основное направление работы связано с обнаружением и изучением экзопланет, подобных семи "жемчужинам" TRAPPIST-1, — пояснил де Вит. — Но с годами нам захотелось сделать больше со всеми астрономическими данными, собранными в ходе наблюдений за экзопланетами, и мы начали изучать эти изображения в пользу "бонусной науки". Одна из них связана с обнаружением объектов, пересекающих поле зрения, например астероидов. Мы совершенствовали нашу методику до появления "Уэбба", зная, что синтетическое слежение в сочетании с непревзойдёнными возможностями "Уэбба" в инфракрасном диапазоне (часть диапазона длин волн, где эти астероиды наиболее яркие) изменит всё».

Эти результаты — только начало. Каждый раз, когда «Уэбб» на что-то нацеливается, он выдаёт данные. Все эти данные можно «прочесать», чтобы обнаружить больше астероидов и попытаться понять, к какому семейству они принадлежат. Астероиды меньшего размера, скорее всего, являются результатом каскадов столкновений, и исследователи хотели бы понять механику происходящего.

«Есть ещё много архивных данных, которые можно использовать, как это было сделано здесь. Мы сейчас готовимся к тому, чтобы добыть их все, — объясняет де Вит, хотя это зависит от финансирования. — Это позволит нам изучить трёхмерную структуру главного пояса и связать различные подпопуляции этих декаметровых астероидов с конкретными семействами астероидов (и метеоритов)!»

«Мы ожидаем найти тысячи таких астероидов в уже существующих данных!» — сказал де Вит.

Открытие потенциально опасного астероида 2024YR4 привлекло внимание людей к астероидной угрозе. Это ОЗО с небольшим шансом столкнуться с Землёй в 2032 году, но учёные предостерегают от паники. В 2028 году он снова пройдёт близко к Земле, и тогда будут проведены более точные наблюдения и переоценка его опасности.

Время наблюдений с «Уэббом» — штука ценная. Мы спросили исследователей, будет ли у них возможность использовать космический телескоп для целенаправленного обнаружения большего количества астероидов.

«Мы выдвинули наше предложение с целью продемонстрировать возможности "Уэбба" по обнаружению астероидов размером в десятки метров в главном поясе и последующему наблюдению за ними для оценки их орбит в качестве "теста на эффективность" для усилий по защите планеты», — сказал де Вит. Он пояснил, что «у возможных импакторов афелий часто находится в главном поясе, и для наложения ограничений на их орбиты можно использовать наблюдения по всему их пути». Их предложение ожидает одобрения.

139 новых астероидов, обнаруженных в главном поясе, стали научными «бонусами». Метод наблюдений команды имел ограничения и не был нацелен на поиск самого маленького астероида. Тем не менее, ещё много данных «Уэбба» ждут своего часа, и при более целенаправленных усилиях де Вит и его соавторы могли бы обнаружить гораздо больше.

«Схема наблюдений, которая позволит "Уэббу" "дрейфовать" вдоль ожидаемого пути движения небольших астероидов в главном поясе, выполняя при этом более длительные экспозиции, позволит обнаружить астероиды размером менее 10 метров», — сказал де Вит в интервью Universe Today.

«С помощью системы наблюдений, предназначенной для обнаружения самых маленьких астероидов главного пояса, мы могли бы найти тела гораздо меньших размеров», — заключил де Вит.