美国小行星撞击地球最后警报系统(ATLAS)

军工资源网 2022年08月22日
导读:2022年初,ATLAS系统位于南非和智利的最后两台望远镜投入全面运行。随着这两台望远镜的加入,ATLAS系统可以24小时扫描整个天空。


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小行星撞击地球最后警报系统(Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System,ATLAS)是由夏威夷大学天文学研究所(IFA)开发由美国国家航空航天局(NASA)资助的小行星撞击预警系统。它由四台望远镜(夏威夷×2,智利,南非)组成,每晚自动扫描整个天空数次,寻找移动的天体。


系统发展及部署情况


2013年,ATLAS项目获得NASA近地天体观测计划(现属于NASA行星防御协调办公室)500万美元拨款,其中350万美元用于前3年的建设,150万美元用于之后2年的运行。


2015年,ATLAS-1望远镜在夏威夷大学哈雷阿卡拉(Haleakala)观测站完成建设。2017年,ATLAS-2望远镜在茂纳罗亚(Mauna Loa)天文台完成建设。这两台望远镜之间距离为158千米,从而尽量避免两台望远镜同时受到恶劣天气的影响,并可以更精确地测定出小行星的轨道。


图表:ATLAS-1、ATLAS-2项目时间表

时间事件
2014年签订所有大型合同(望远镜、相机、支架、外壳、场地等),在Mauna Loa天文台安装了一个微型望远镜(Pathfinder)以支持软件开发;完成相机,围护结构建造以及开发软件
2015年接收支架、望远镜、相机等,完成ATLAS-1的建造,继续开发软件
2016年继续开发软件,开始向小行星中心发送观测数据
2017年接收剩余组件,完成ATLAS-2的建造,系统开始全面运行
资料来源:调研整理


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ATLAS-1、ATLAS-2系统部署位置示意图


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ATLAS-2系统

在前两部ATLAS望远镜运行几年后,夏威夷大学IFA再次争取到了NASA的资金用于在南半球建造两部望远镜。2018年8月,NASA再次资助ATLAS项目380万美元。IFA最终选择与南非天文台(SAAO)和智利El Sauce天文台合作,建设了ATLAS-3和ATLAS-4望远镜,后两部望远镜已于2022年初全面运行。下图显示了ATLAS望远镜的全球站点。


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SAAO工作人员正在安装ATLAS-3

系统能力

ATLAS系统能够探测到距离地球4000万公里的直径100米的小行星,以及距离地球400万公里的直径10米的小行星。假设小行星以20公里/小时的速度接近地球,ATLAS系统能够提前3周预警直径约100m的小行星,提前2天预警直径约10m的小行星。

不过,考虑到由于朝向太阳的方向的原因导致大约1/4的夜空无法从地面观测,以及月光会对系统灵敏度造成影响等。为了评估这些盲点对观测的影响,研究人员使用计算机模拟了小行星威胁,最终得出了ATLAS系统对小行星的预警时间范围(如下图所示)。可以发现,大多数直径50m的小行星能够在撞击前3~9天被探测到,大多数直径140m的小行星能够在撞击前10~40天被探测到。


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ATLAS系统对不同直径小行星的预警时间

迄今为止,ATLAS系统已经发现了777颗近地小行星、79颗潜在威胁小行星、71颗彗星以及12153颗超新星。

系统设计及性能参数

ATLAS系统的主题部分包括望远镜、CCD相机和赤道仪。

望远镜。ATLAS系统采用DFM工程公司设计和建造的施密特望远镜,望远镜焦比f/2、视场7.4°。其光学系统包括1个0.5m施密特校正器、1个0.65m球面主镜、1个滤光器、低温恒温窗口以及探测器,如下图所示。


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相机。ATLAS系统采用STA半导体技术公司的STA-1600 CCD相机,该相机有1.1亿的像素,亚利桑那大学成像技术实验室对其进行了减薄、钝化和AR涂层处理。

赤道仪。在赤道仪的选择上,IFA考虑过叉式赤道仪,但最终选择了APM Telescopes公司生产的德国赤道仪(GEM),因为GEM结构更加简单且更便宜。该赤道仪安装座上有7个35公斤的配重以平衡望远镜的重量,回转速度约15度/秒。

ATLAS系统的其他组成部分包括:

  • 传统圆顶式外壳;
  • 交换机和光纤;
  • 多台工业计算机,其中一台运行windows系统以连接DFM远程示波器,一台运行Linux系统并通过专用网络连接相机控制器;
  • 各种Raspberry Pi微型电脑;
  • Thermo Fisher公司Accel 500循环冷却器用于冷却CCD相机;
  • Puregas CDA-10空气干燥器用于减少镜头的水汽凝结;
  • 不间断电源;
  • 现场监控系统。

ATLAS系统的技术规格如下表所示。

图表:ATLAS系统技术规格
指标参数
观测点4个
地点夏威夷×2,智利×1,南非×1
望远镜孔径0.5m
望远镜焦距1m
望远镜焦比f/2.0
望远镜视场7.4°
望远镜架德国APM Telescopes公司的赤道仪
相机美国STA半导体技术公司的STA-1600 CCD探测器(10.5k×10.5k)
像素大小9μm
CCD相机工作温度-53℃
曝光时间30s
每晚探测次数75000次(25000颗小行星,每颗3次)
探测星等20等
资料来源:ATLAS

小结

ATLAS系统名称中的“最后警报”(Last Alert)反映了该系统的定位。相比卡特琳娜巡天系统(LINEAR)、泛星计划(Pan-STARRS)等近地天体观测系统,ATLAS系统发现小行星可能要晚几年。但面对突发情况时,该系统的24小时监测能力能够保证为最后紧急撤离提供几天到几周的预警时间,从而大大降低小行星撞击地球时间的危害。

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