Desert Fireball Network

Desert Fireball Network
Förkortning DFN
Typ kameranätverk
Syfte Rekordmeteoritfall _ _
Huvudkontor Perth
Regionen betjänas
Australien
Tillhörigheter Curtin University
Hemsida dfn .gfo .rocks

The Desert Fireball Network (DFN) är ett nätverk av kameror i Australien . Den är designad för att spåra meteoroider som kommer in i atmosfären och hjälpa till att återvinna meteoriter . Det driver för närvarande 50 autonoma kameror, spridda över västra och södra Australien , inklusive Nullarbor-slätten , WA wheatbelt och södra australiens öken, som täcker ett område på 2,5 miljoner km 2 . Platserna för stationerna valdes för att underlätta meteoritsökning. Från och med 2018 startade kameror utplacerade över hela världen det första globala eldbollsobservatoriet i samarbete med partnerforskarteam.

DFN-observatorierna fångar ungefär 30 sekunders exponeringar av himlen från skymning till gryning varje natt, och DFN-teamet larmas automatiskt om ett eldklot eller meteor upptäcks. Baserat på bilderna med lång exponering, ritas banor och banor på ett halvautomatiskt sätt, och en falllinje genereras för att indikera var och massa för eventuella resulterande meteoriter på marken.

DFN uppdrag

DFN främjar kunskapsbasen för den nuvarande förståelsen av planetariska systembildning och evolution. Genom att koppla en specifik meteorit med en eldbollsbana och omloppsbana som leder fram till nedslaget på jorden kan forskare få en bättre förståelse för varifrån meteoritprover kom i solsystemet . När en trolig ursprungsregion i det huvudsakliga asteroidbältet har identifierats, kandidatföräldrakroppar utforskas.

När meteoriten hittas och samlas in kan en myriad av analyser ske som visar hur förhållandena var på moderkroppen och vad som har hänt med berget under dess livstid. Detta innebär att en detaljerad sammansättningskarta över solsystemet kan byggas, som visar hur asteroider och objekt nära jorden varierar i sammansättning och kan bättre informera solsystemets evolutionsmodeller och planetarisk forskning.

Det slutliga målet för detta projekt är att hitta en kometmeteorit. Kometer är några av de mest orörda materialen i solsystemet och innehåller ett unikt register över tidiga solsystemprocesser. Det finns växande bevis som tyder på att kometiska eldklot levererar meteoriter till jorden, och därför är upplägget av detta projekt idealiskt för att observera fallet och samla in kometprover, som rymdorganisationer runt om i världen har spenderat en enorm summa pengar för att få igenom. rymduppdrag.

Historia

Ett antal team har satt ihop brännbollsobservatorier baserade på samma principer, t.ex. Prairie Network (US) och Canadian Meteorite Observation and Recovery Network, som leddes främst av observationsastronomer, och som ändå kollektivt bara har bestämt banor för fyra meteoriter.

Intresset för detta tillvägagångssätt ökade 2008 när en teleskopisk astronomisk himmelundersökning upptäckte en meteoroid på en jordbunden bana och lyckades fastställa dess plats på jordens yta. En koppling mellan kandidatasteroidtypen och meteoriten gjordes baserat på objektets sammansättning och omloppsbana, men sådana observatorier ser bara en liten del av himlen, och därför är sannolikheten att observera sådana händelser regelbundet något låg.

Dessförinnan 2007 befann sig DFN i sin analoga försöksfas i Nullarbors ökenslätter i västra Australien. Så snart nätverket var igång observerades meteorer, och på den första återhämtningsresan, och den allra första dagen, hittades meteoriten bara 100 m från den förutspådda falllinjen. Delvis hänger den snabba framgången som DFN åtnjöt till platsen för nätverket - ökenplatserna är mycket mer gynnsamma för återhämtning, eftersom regioner med tät vegetation, såsom de tempererade regionerna på norra halvklotet, gör meteoritåtervinning nästan omöjlig. Efter försöksfasen och återhämtningen av två meteoriter under denna tid expanderade DFN till ett automatiserat digitalt eldklotobservatorium, som nu expanderar ytterligare till nya regioner i Australien och utomlands. Hittills har fyra meteoriter återvunnits med en bana och omloppsbana med hög precision definierad.

Vetenskapen om spårning av eldklot

Bana

Bana

Vad kan man lära sig av meteoriter

Meteoriter är metalliska eller steniga föremål som faller till jordens yta från yttre rymden . Forskare tror att de flesta meteoriter härstammar från asteroider i solsystemets asteroidbälte, men det finns allt fler bevis som tyder på att vissa kan komma från kometer . Vissa meteoriter kommer också från större planetariska kroppar, såsom månen och Mars . Meteoriter bevarar vanligtvis sin historia från den tidpunkt då de först ansamlades på sin moderkropp , till när de kastades ut från den kroppen och landade på jorden, så vår förståelse av planetarisk kroppsbildning och evolution under de senaste 4,56 miljarder åren blir bättre varje gång en ny meteorit hittas.

Meteoritfallet som observeras med hjälp av DFN-observatoriet hjälper till att informera om hur en kropp interagerar med jordens atmosfär , hur den bromsar in , hur ljus meteoren är beroende på föremålet och förändringarna i massan medan den faller på grund av ablation .

Ett stort antal analytiska tester gör det möjligt för forskare att undersöka meteoriterna och fördjupa sig i deras komplexa historia. Sammansättningen, strukturen och komponenterna i en meteorit hjälper till att identifiera den meteoritklass den tillhör. Med tiden har de globala meteoritsamlingarna använts för att identifiera grupper av stenar med liknande egenskaper, som antas härröra från samma moderkropp eller samma familj av kroppar. Subtila skillnader inom dessa grupper antyder variationer på föräldrakroppen - vare sig de är sammansatta eller strukturella - vilket antyder att den misstänkta förälderkroppen kanske inte är enhetlig, kanske på ett liknande sätt som jorden . Järnmeteoriter tolkas som kärnan i stora asteroider som kanske inte längre finns i solsystemet. De kan en gång ha varit omgivna av ett silikatskal på moderkroppen, vilket antyder att andra silikatrika meteoriter också härstammar från samma moderkropp, trots de tydliga sammansättningsskillnaderna. Detta innebär att de processer som sker djupt inne i asteroider kan läras ganska enkelt, och kunskap om sammansättningen av jordens inre kärna kan baseras på dessa stenar.

Mycket primitiva meteoriter innehåller några av de första fasta ämnen som har bildats i solsystemet . Dessa material har använts för att datera en mer exakt ålder av solsystemet (4,568 miljarder år). Dessa stenar är primitiva eftersom de har förändrats väldigt lite sedan de först bildades.

Impact science drar också nytta av leveransen av meteoriter. Jorden har drabbats av stora nedslag i det förbi, t.ex. Chicxulub-kratern , och de material som lämnats kvar och effekten på marken förbättrar förutsägelserna om nedslagsmodellering. Effekterna på jorden kan också användas för att förstå liknande mönster som har observerats på andra planeter, vilket skapar en rikedom av förståelse för nedslagskrater på olika planeter och planetkroppar.

Meteoritåtervinningar

DFN har hittills återvunnit fem meteoriter med mycket exakta bana och omloppsdata. De två nyare återhämtningarna, Murrili och Dingle Dell , samlades in inom en mycket kort tidsram efter den observerade nedgången, vilket innebär att den digitala utvecklingen av nätverkspipelinen blir mer och mer effektiv med tiden.

Meteoritnamn Höstobservationsdatum Land Stat, Provins eller Region Klassificering Instrumentellt observerad - omloppsdata
Meteoritiska bulletiner, andra referenser
Bunburra Rockhole 21 juli 2007 Australien södra Australien Breccierad akondrit Ja  
Mason Gully 13 april 2010 Australien västra Australien H5 Ja  
Murrili 27 november 2015 Australien södra Australien H5 Ja  
Dingle Dell 31 oktober 2016 Australien västra Australien L / LL5 Ja  

Kamerahårdvara

camera on stand with solar panels
Lambina DFN Station: ett typiskt eldklotobservatorium (med lite orelaterade utrustning i bakgrunden)

DFN-observatorierna använder stillbildskameror för konsumenter (särskilt DSLR-kameror ) med 8 mm stereografiska fisheye- linser som täcker nästan hela himlen från varje station. Kamerorna styrs via en inbyggd Linux -dator med gPhoto2 och bilder arkiveras till flera hårddiskar för lagring tills observatorierna besöks för underhåll (var 8–18:e månad beroende på lagringskapaciteten).

Observatorierna tar en lång exponeringsbild var 30:e sekund under hela natten. Efter fångst söker automatisk händelsedetektering bilderna efter eldklot, och händelser bekräftas på den centrala servern med hjälp av bilder från flera stationer.

En GNSS- synkroniserad tidskod är inbäddad i de långa exponeringsbilderna genom drift av en slutare med flytande kristaller (LC) för att tillhandahålla absolut tidsdata för eldbollsbanor efter triangulering med tidsprecision bättre än en millisekund. Absolut timing används för beräkning av meteoroidsbanor och den relativa timingen som också är inbäddad i tidskoden krävs för banaanalys (särskilt för att beräkna massan från meteoroidens retardation).

inside of observatory showing components
Interner av den senaste iterationen av DFN-observatoriets design (från och med augusti 2017) som visar kameror, lagring, strömhanteringskretskort och inbyggd PC.

Databehandling pipeline

Datainsamlingshastigheten kräver en automatiserad digital pipeline för datareduktion. En trådlös länk till varje Automated Fireball Observatory möjliggör en krysskontroll för multistationsbekräftelse och gör det möjligt att ladda ner bilder på distans. Programvara har skapats för att underlätta placeringen av eldbollsbanor i pixelkoordinater . Dessa omvandlas till himmelska koordinater , till en minuts bågprecision, genom att använda ett kraftfullt astrometriskt kalibreringsverktyg skapat för att automatiskt identifiera omgivande stjärnor och använda dem som ett refereringssystem. De olika observationsvinklarna trianguleras med en modifierad minimeringsmetod för minsta kvadrater, som nu inkluderar viktningar baserade på bildkvalitet för att producera hela den observerade banan. Ett slutarsystem i linsen på varje observatorium kodar in en unik icke-repeterande De Bruijn-sekvens i varje eldklot. Detta ger korrekt, absolut tidsinformation för banans varaktighet till 0,4 ms. Avsiktsskriven programvara använder ingångsparametrar för att bestämma banor för varje meteoroid . För att avgöra om det kommer att finnas en potentiell meteorit , modelleras uppskattningen av den förändrade meteoroidmassan. När ablationen väl upphör, påverkar de atmosfäriska vindarna kraftigt en meteoroids väg till marken. Data från Global Forecasting System används i en atmosfärisk vindmodell med ett 0,008 graders upplösningsnät som är unikt skapat runt eldklotet. En Monte Carlo mörk flygsimulering utförs för att bestämma ett troligt sökområde för huvudmassa och fragment.

Vädermodellering

Den mörka flygbanan för en meteoroid påverkas avsevärt av de atmosfäriska vindarna, särskilt av jetströmmen . Som ett resultat kan meteoritens fallposition ändras med upp till flera kilometer jämfört med ett scenario utan vind.

Vädersituationen i området runt slutet av den lysande flygningen modelleras numeriskt med hjälp av tredje generationens Weather Research and Forecasting (WRF) modell med dynamisk lösare ARW (Advanced Research WRF). Vädermodellen initieras vanligtvis med hjälp av globala engradsupplösningsdata från National Centers for Environmental Prediction (NCEP) Slutanalys (FNL) Operational Model Global Tropospheric Analysis. Modellen producerar 3D-matris för given yta och tid, med horisontell upplösning ner till 1 km. Från dessa 3D-data extraheras väderprofiler; komponenterna inkluderar vindhastighet, vindriktning, tryck, temperatur och relativ luftfuktighet på höjder som sträcker sig upp till cirka 30 km höjd, vilket i de flesta fall helt täcker den mörka flygningen.

Storvolym datahantering och arkivering

DFN producerar hundratals terabyte data per år, som mestadels består av högupplösta all-sky-bilder. Med den föreslagna nätverksutbyggnaden kommer denna volym att öka. För det primära syftet med detta nätverk, meteoritåterställning, behövs bara en liten del av denna data (bilder som innehåller eldklot), och den hanteras av databehandlingspipelinen (ovan). Det finns dock många andra potentiella användningsområden för data inom områdena astronomi eller rymdsituationsmedvetenhet .

Alla datavolymer som spelats in av kamerorna är för stora för att kunna överföras på distans. Borttagbara hårddiskar samlas därför in under regelbunden service av DFN-observatoriets platser, ersätts med tomma hårddiskar och transporteras sedan till Perth för att arkiveras i ett datalager på Pawsey Supercomputing Center . Datalagringen med flera petabyte tillåter sökning av datamängden, med hjälp av generisk och projektanpassad metadata, och datadelning med andra forskargrupper.

Meteoritsökning

Meteoritfallsförutsägelser från ett kameranätverk producerar vanligtvis en "falllinje" - en rak eller krökt linje på marken vanligtvis några km lång - där man tror att meteoriten har fallit någonstans längs linjen, men dess exakta plats är okänd. Detta är ett resultat av trianguleringsprocessen , effekten av atmosfäriska vindar under hösten och kunskap om meteoritens skenbara synliga retardation, men en bristande kunskap om dess densitet, form och exakta massa.

Meteoritsökningsteorin är skyldig mycket till sök- och räddningsteorin , om än något förenklat eftersom meteoriten inte är ett rörligt mål. De flesta av fallen som observerats av DFN är i den avlägsna vildmarken, så sökteam består vanligtvis av 4-6 personer, som campar på plats i upp till två veckor. Det betyder att sökstrategin är fokuserad på effektivitet snarare än hastighet: meteoritåterhämtning på expeditionens sista dag är lika vetenskapligt värdefull som den första dagen, vilket står i kontrast till till exempel sök och räddning av försvunna personer, där hastigheten är av essensen. De praktiska sökteknikerna som används av DFN-teamet är anpassade till den förutsagda fallstorleken och felellipsen:

  • Söka till fots, rutnät området med hjälp av GPS-enheter för att guida vandrare, eller använda undersökningsflaggor för att markera områden, användbart för mindre förutsagda massor eller en mindre felellips. Detta möjliggör detaljerad täckning av området med högre tillförlitlighet, men mindre område genomsöks per tidsenhet.
  • För större områden, sökning med fyrhjulingar eller terränghjulingar. Detta är mest tillämpligt för större förutsagda fall, eller bra fritt område med god sikt över långa avstånd.
  • Aktuell forskning fokuserar på användningen av drönare som en teknik för att förbättra effektiviteten.

Uppsökande

Fireballs in the Sky är det prisbelönta programmet för uppsökande och medborgarvetenskap som delar historien om nätverket med eldboll i öknen. Fireballs in the Sky engagerar människor i alla åldrar, över hela världen för att ta del av detta underverk av eldklot och meteoritvetenskap. Detta innovativa uppsökande program uppmuntrar globala medborgare att engagera sig i forskningen genom att rapportera observationer av eldklot via Fireballs in the Sky-appen, producerad med ThoughtWorks . Genom förstärkt verklighet, ett intuitivt gränssnitt och avkänningsteknik för en smartphone-app, kan vem som helst var som helst i världen återskapa sin eldklotseende för att bidra med vetenskapligt användbar data. För att ladda ner appen och se de senaste rapporterna från hela världen, gå till app-observationerna här . Det är för närvarande det bästa tillgängliga systemet för att rapportera korrekt offentlig iakttagelse av eldklot i världen och matas direkt in i DFN:s databas.

Partners

DFN-projektet är baserat på Curtin University i Perth, västra Australien. Tillsammans med NASA expanderar DFN till ett Global Fireball Observatory genom Solar System Exploration Research Virtual Institute ( SSERVI). SSERVI:s vetenskapliga och tekniska forskning fokuserar på kopplingen mellan planetarisk utforskning och mänsklig utforskning via finansierade amerikanska team och ett stort nätverk av internationella partners.

Se även