Desert Fireball Network (DFN) es una red de cámaras en Australia . Está diseñado para rastrear meteoritos que ingresan a la atmósfera y ayudar a recuperar meteoritos . Actualmente opera 50 cámaras autónomas, repartidas por Australia occidental y meridional , incluida la llanura de Nullarbor , el cinturón de trigo de WA y el desierto del sur de Australia, cubriendo un área de 2,5 millones de km 2 . Las ubicaciones de las estaciones se eligieron para facilitar la búsqueda de meteoritos. A partir de 2018, cámaras desplegadas en todo el mundo iniciaron el primer observatorio global de bolas de fuego en asociación con equipos de investigación asociados.
Los observatorios del DFN capturan exposiciones del cielo de aproximadamente 30 segundos desde el anochecer hasta el amanecer todas las noches, y el equipo del DFN recibe una alerta automática si se detecta una bola de fuego o un meteoro . A partir de las imágenes de larga exposición, se trazan trayectorias y órbitas de forma semiautomática y se genera una línea de caída para indicar el paradero y la masa de los meteoritos resultantes en el suelo.
La DFN está avanzando en la base de conocimientos de la comprensión actual de la formación y evolución de los sistemas planetarios . Al conectar un meteorito específico con una trayectoria de bola de fuego y una órbita que conduce al impacto en la Tierra, los científicos pueden obtener una mejor comprensión de dónde provienen las muestras de meteoritos en el Sistema Solar . Una vez que se identifique una posible región de origen en el cinturón de asteroides principal, se podrán explorar los cuerpos progenitores candidatos. [1] [2] [3]
Cuando se encuentra y recolecta el meteorito, se pueden realizar innumerables análisis que muestran cómo eran las condiciones en el cuerpo original y qué le sucedió a la roca a lo largo de su vida. [4] Esto significa que se puede construir un mapa compositivo detallado del Sistema Solar, que muestra cómo los asteroides y los objetos cercanos a la Tierra varían en composición y puede informar mejor los modelos de evolución del Sistema Solar y la investigación científica planetaria. [2] [5]
El objetivo final de este proyecto es encontrar un meteorito cometario. [6] Los cometas son algunos de los materiales más prístinos del Sistema Solar y contienen un registro único de los primeros procesos del Sistema Solar. [7] Cada vez hay más evidencia que sugiere que las bolas de fuego de los cometas están enviando meteoritos a la Tierra, por lo que la configuración de este proyecto es ideal para observar la caída y recolectar muestras de cometas, en las que las agencias espaciales de todo el mundo han gastado una enorme suma de dinero. obtener a través de misiones espaciales. [1]
Varios equipos han creado observatorios de bolas de fuego basados en los mismos principios, por ejemplo, la Red Prairie [8] (EE.UU.) y la Red Canadiense de Observación y Recuperación de Meteoritos [9] , que fueron dirigidas principalmente por astrónomos observacionales y, sin embargo, colectivamente sólo han órbitas determinadas para cuatro meteoritos. [1]
El interés en este enfoque aumentó en 2008 cuando un estudio astronómico telescópico del cielo detectó un meteoroide en una trayectoria con destino a la Tierra y identificó con éxito su ubicación en la superficie de la Tierra. Se estableció una conexión entre el tipo de asteroide candidato y el meteorito basándose en la composición y la órbita del objeto, pero estos observatorios sólo ven una pequeña porción del cielo, por lo que la probabilidad de observar tales eventos regularmente es algo baja.
Antes de esto, en 2007, el DFN se encontraba en su fase de prueba analógica en las llanuras desérticas de Nullarbor en Australia Occidental. [1] Tan pronto como la red estuvo funcionando, se observaron meteoritos, y en el primer viaje de recuperación, y el primer día, el meteorito se encontró a sólo 100 m de la línea de caída prevista. [5] [10] En parte, el rápido éxito que disfrutó el DFN se relaciona con la ubicación de la red: las ubicaciones desérticas son mucho más favorables para la recuperación, ya que las regiones de vegetación densa, como las regiones templadas del hemisferio norte, producen meteoritos. recuperación casi imposible. [1] Después de la fase de prueba y la recuperación de dos meteoritos durante este tiempo, el DFN se expandió hasta convertirse en un observatorio digital automatizado de bolas de fuego, [11] [12] [2] [13] que ahora se está expandiendo aún más a nuevas regiones de Australia y exterior. [14] [1] Hasta ahora, se han recuperado cuatro meteoritos con una trayectoria y una órbita definidas de alta precisión. [1]
Los meteoritos son objetos metálicos o pedregosos que caen a la superficie de la Tierra desde el espacio exterior . Los científicos creen que la mayoría de los meteoritos se originan en asteroides dentro del cinturón de asteroides del Sistema Solar , pero cada vez hay más evidencia que sugiere que algunos pueden provenir de cometas . Algunos meteoritos también provienen de cuerpos planetarios más grandes, como la Luna y Marte . [15] Los meteoritos generalmente conservan sus historias desde el momento en que se acumularon por primera vez en su cuerpo progenitor hasta el momento en que fueron expulsados de ese cuerpo y aterrizaron en la Tierra, por lo que nuestra comprensión de la formación y evolución de los cuerpos planetarios durante los últimos 4,56 mil millones de años [ 16] mejora cada vez que se encuentra un nuevo meteorito.
La caída de meteoritos que se observa mediante el observatorio DFN ayuda a informar cómo interactúa un cuerpo con la atmósfera terrestre , cómo se desacelera , qué tan brillante es el meteoro dependiendo del objeto y los cambios de masa mientras cae debido a la ablación . [13]
Una gran cantidad de pruebas analíticas permiten a los científicos examinar los meteoritos y profundizar en sus complejas historias. La composición, textura y componentes de un meteorito ayudan a identificar la clase de meteorito a la que pertenece. Con el tiempo, las colecciones globales de meteoritos se han utilizado para identificar grupos de rocas con características similares, que se presume se originan en el mismo cuerpo progenitor o en la misma familia de cuerpos. [17] Diferencias sutiles dentro de estos grupos insinúan variaciones en el cuerpo original, ya sean de composición o de textura , lo que implica que el cuerpo original sospechoso puede no ser uniforme, tal vez de manera similar a la Tierra . Se interpreta que los meteoritos de hierro son el núcleo de grandes asteroides que quizás ya no existan en el Sistema Solar. [18] Es posible que alguna vez hayan estado rodeados por una capa de silicato en el cuerpo principal, [18] lo que implica que otros meteoritos ricos en silicatos también se originaron en el mismo cuerpo principal, a pesar de las claras diferencias de composición. Esto significa que los procesos que ocurren en las profundidades de los asteroides se pueden aprender con bastante facilidad, y el conocimiento sobre la composición del núcleo interno de la Tierra puede basarse en estas rocas.
Los meteoritos altamente primitivos contienen algunos de los primeros sólidos que se formaron en el Sistema Solar . Estos materiales se han utilizado hasta fechar una edad más precisa del Sistema Solar (4.568 millones de años). Estas rocas son primitivas porque han cambiado muy poco desde su formación inicial. [dieciséis]
La ciencia del impacto también se beneficia del lanzamiento de meteoritos. La Tierra ha sido golpeada por grandes impactos en el pasado, por ejemplo, el cráter Chicxulub , y los materiales que quedan y el efecto en el suelo mejoran las predicciones de los modelos de impacto. Los efectos en la Tierra también se pueden utilizar para comprender patrones similares que se han observado en otros planetas, creando una gran comprensión de los cráteres de impacto en diferentes planetas y cuerpos planetarios. [dieciséis]
El DFN ha recuperado hasta el momento cinco meteoritos con datos orbitales y de trayectoria muy precisos. [1] Las dos recuperaciones más recientes, Murrili y Dingle Dell , se recopilaron en un período de tiempo muy corto después de la caída observada, [19] [20] lo que significa que la progresión digital de la red se está volviendo cada vez más efectiva a medida que pasa el tiempo. [1] [2]
Los observatorios de DFN utilizan cámaras fotográficas de consumo (específicamente DSLR ) con lentes estereográficas de ojo de pez de 8 mm que cubren casi todo el cielo desde cada estación. Las cámaras se controlan a través de una PC Linux integrada usando gPhoto2 y las imágenes se archivan en múltiples unidades de disco duro para su almacenamiento hasta que se visitan los observatorios para su mantenimiento (cada 8 a 18 meses, dependiendo de la capacidad de almacenamiento). [29]
Los observatorios toman una imagen de larga exposición cada 30 segundos durante toda la noche. Después de la captura, la detección automatizada de eventos busca bolas de fuego en las imágenes y los eventos se corroboran en el servidor central utilizando imágenes de múltiples estaciones.
Un código de tiempo sincronizado GNSS está integrado en las imágenes de larga exposición mediante la operación de un obturador de cristal líquido (LC) para proporcionar datos de tiempo absoluto para las trayectorias de las bolas de fuego después de la triangulación con una precisión temporal mejor que un milisegundo. [30] La sincronización absoluta se utiliza para el cálculo de las órbitas de los meteoroides y la sincronización relativa también incorporada en el código de tiempo se requiere para el análisis de la trayectoria (específicamente para calcular la masa a partir de la desaceleración del meteoroide).
La tasa de adquisición de datos requiere un proceso digital automatizado para la reducción de datos. Un enlace inalámbrico a cada Observatorio Automatizado de Bolas de Fuego permite una verificación cruzada para la confirmación de múltiples estaciones y permite descargar imágenes de forma remota. Se ha creado un software para facilitar la localización de las trayectorias de las bolas de fuego en coordenadas de píxeles . Éstas se convierten en coordenadas celestes , con un minuto de precisión de arco, mediante el uso de una potente herramienta de calibración astrométrica creada para identificar automáticamente las estrellas circundantes y utilizarlas como sistema de referencia. Los diferentes ángulos de observación se triangulan utilizando un enfoque de minimización de mínimos cuadrados modificado, que ahora incluye ponderaciones basadas en la calidad de la imagen para producir la trayectoria observada completa. Un sistema de obturador dentro de la lente de cada observatorio codifica una secuencia única y no repetida de De Bruijn en cada bola de fuego. Esto proporciona información de temporización absoluta y precisa durante la duración de la trayectoria hasta 0,4 ms. El software escrito específicamente utiliza parámetros de entrada para determinar las órbitas de cada meteoroide . Para determinar si habrá un meteorito potencial , se modela la estimación de la masa cambiante del meteorito. Una vez que se detiene la ablación , los vientos atmosféricos afectan fuertemente el camino del meteoroide hacia el suelo. Los datos del Sistema de Pronóstico Global se utilizan en un modelo de viento atmosférico con una malla de resolución de 0,008 grados creada exclusivamente alrededor del área de la bola de fuego. Se realiza una simulación de vuelo oscuro de Monte Carlo para determinar un área probable de búsqueda de la masa principal y los fragmentos.
La trayectoria de vuelo oscura de un meteoroide se ve influenciada significativamente por los vientos atmosféricos, especialmente por la corriente en chorro . Como resultado, la posición de caída del meteorito puede desplazarse hasta varios kilómetros en comparación con un escenario sin viento.
La situación meteorológica en el área alrededor del final del vuelo luminoso se modela numéricamente utilizando la tercera generación del modelo Weather Research and Forecasting (WRF) con solucionador dinámico ARW (Advanced Research WRF). El modelo meteorológico generalmente se inicializa utilizando datos de análisis troposférico global del modelo operativo del análisis final (FNL) de los Centros Nacionales de Predicción Ambiental (NCEP) con resolución global de un grado . El modelo produce una matriz 3D para un área y un tiempo determinados, con una resolución horizontal de hasta 1 km. A partir de estos datos 3D se extraen los perfiles meteorológicos; los componentes incluyen la velocidad del viento, la dirección del viento, la presión, la temperatura y la humedad relativa en alturas que varían hasta unos 30 km de altitud, cubriendo en la mayoría de los casos completamente el vuelo oscuro.
El DFN produce cientos de terabytes de datos al año, que en su mayoría consisten en imágenes de alta resolución de todo el cielo. Con la ampliación de la red propuesta, este volumen aumentará. Para el propósito principal de esta red, la recuperación de meteoritos, solo se necesita una pequeña fracción de estos datos (imágenes que contienen bolas de fuego), y es manejada por el proceso de procesamiento de datos (arriba). Sin embargo, existen muchos otros usos potenciales para los datos en áreas de astronomía o conciencia de la situación espacial .
Los volúmenes completos de datos registrados por las cámaras son demasiado grandes para transferirlos de forma remota. Por lo tanto, los discos duros extraíbles se recopilan durante el mantenimiento regular de los sitios del observatorio DFN, se reemplazan con discos duros en blanco y luego se transportan a Perth para archivarse en un almacén de datos en el centro de supercomputación de Pawsey . El almacén de datos de varios petabytes permite buscar en el conjunto de datos, utilizar metadatos genéricos y personalizados del proyecto, y compartir datos con otros grupos de investigación.
Las predicciones de caída de meteoritos a partir de una red de cámaras generalmente producen una "línea de caída" (una línea recta o curva en el suelo generalmente de unos pocos kilómetros de largo) donde se cree que el meteorito ha caído en algún punto de la línea, pero se desconoce su ubicación precisa. Esto es el resultado del proceso de triangulación , el efecto de los vientos atmosféricos durante la caída y el conocimiento de la aparente desaceleración visible del meteorito, pero la falta de conocimiento de su densidad, forma y masa precisa.
La teoría de la búsqueda de meteoritos debe mucho a la teoría de búsqueda y rescate , aunque algo simplificada ya que el meteorito no es un objetivo en movimiento. La mayoría de las cataratas observadas por el DFN se encuentran en zonas remotas del interior, por lo que los equipos de búsqueda suelen estar formados por entre 4 y 6 personas, que acampan en el lugar durante un máximo de dos semanas. Esto significa que la estrategia de búsqueda se centra en la eficiencia, más que en la velocidad: la recuperación de meteoritos en el último día de la expedición es tan valiosa desde el punto de vista científico como el primer día, a diferencia de, por ejemplo, la búsqueda y rescate de personas desaparecidas, donde la velocidad es fundamental. de la esencia. Las técnicas de búsqueda prácticas utilizadas por el equipo de DFN se adaptan al tamaño de caída previsto y a la elipse de error:
Fireballs in the Sky es el galardonado programa de divulgación y ciencia ciudadana que comparte la historia de la red de bolas de fuego del desierto. Fireballs in the Sky involucra a personas de todas las edades, en todo el mundo, para compartir esta maravilla de la ciencia de las bolas de fuego y los meteoritos. Este innovador programa de divulgación anima a los ciudadanos del mundo a participar en la investigación informando sobre avistamientos de bolas de fuego a través de la aplicación Fireballs in the Sky, producida con ThoughtWorks . A través de la realidad aumentada, una interfaz intuitiva y la tecnología de detección de una aplicación para teléfonos inteligentes, cualquier persona en cualquier parte del mundo puede recrear su avistamiento de bola de fuego para aportar datos científicamente útiles. Para descargar la aplicación y ver los últimos informes de todo el mundo, dirígete a avistamientos de aplicaciones aquí. Actualmente es el mejor sistema disponible para informar con precisión sobre avistamientos públicos de bolas de fuego en el mundo y se alimenta directamente a la base de datos del DFN.
El proyecto DFN tiene su sede en la Universidad Curtin en Perth, Australia Occidental. Junto con la NASA , el DFN se está expandiendo a un Observatorio Global de Bolas de Fuego a través del Instituto Virtual de Investigación de Exploración del Sistema Solar (SSERVI). La investigación científica y técnica de SSERVI se centra en la conexión entre la exploración planetaria y la exploración humana a través de equipos financiados por Estados Unidos y una gran red de socios internacionales.