Conjunción de asteroides

Actualmente estoy escribiendo un programa en C++ para mostrar asteroides en 3D y encontrar aproximaciones cercanas o colisiones. Obtuve mis elementos orbitales de JPL https://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb_query.cgi . Hasta ahora todo bien, con más de un millón de asteroides dibujados en 5 ms con mi antigua GPU Quadro

Pero el problema es la variación de los elementos a lo largo del tiempo. Por ejemplo, CERES:

epoch,a,e,i,om,w,ma 
2459200.5,2.766089105818,.07816842657453,10.58789954719,80.27235841368,73.72488984426,205.5454154582
2459310.5,2.765760313090,.07831877879848,10.58807660401,80.26860808947,73.73699886586,229.1146825391

Después de solo 4 meses, la excentricidad y todos los demás elementos han cambiado como se ve en la segunda línea.

¿Cómo puedo calcular el cambio en los parámetros sin conocer sus derivadas?

O donde conseguir esos derivados?

Busqué en todos los sitios de cuerpos pequeños del JPL y su acceso a telnet o correo electrónico, pero no pude encontrar una forma de descargar elementos orbitales con derivados o una forma de calcular el cambio.

Soy consciente de que la diferencia puede ser solo un píxel en la pantalla, pero representa cientos de miles de kilómetros. Lo que quiero hacer es estudiar el acercamiento cercano entre los propios asteroides y, finalmente, la colisión cercana. Ya lo hice para satélites artificiales usando el propagador SGP4 usando OpenCL ejecutándose en una tarjeta de video GPU. Puedo propagar 20.000 satélites (incluidos los desechos) en unos pocos milisegundos y obtener resultados exactos a 1 kilómetro. Compárese con Celestrak Socrate. Debe ser posible una predicción de una aproximación de 1.000 kilómetros.

¿Alguien sabe cómo?

algunas preguntas rápidas: 1) si estás dibujando un millón de asteroides, ¿alguien sabrá que algunos están a medio píxel de distancia? 2) espere, ¿ha descargado elementos orbitales para un millón de asteroides del JPL? 3) ¿Cuáles son las incertidumbres sobre esos elementos orbitales osculadores? 4) si tuviera todos sus derivados, ¿confía en saber cómo usarlos para propagarse correctamente? 5) ¿podría haber una razón por la que los elementos osculadores no vengan con derivados?
Respuesta estúpida de mi parte: tome cada objeto en el sistema solar en la época J2000y ejecute una gran simulación de nbody sobre él. Si compara eso con sus parámetros dados y es razonablemente preciso, siga haciéndolo. ¡Pero recuerda que una mariposa que agita sus alas puede causar un huracán!
¡Salut François! Las ecuaciones que describen la precesión de los nodos y la precesión de los ábsides son bastante complejas. ¡Dudo que quieras realizarlos para millones de cuerpos! Como señaló @uhoh, nadie notará que sus asteroides están "a medio píxel de distancia" (¡si es que tanto!). A menos que quieras ir al pasado lejano o al futuro lejano, no veo ningún uso para eso.
Si los elementos orbitales osculadores de los asteroides cambian mucho, se debe principalmente a Júpiter u otros planetas grandes. Esos cálculos también incluirán a veces los efectos de la luz solar.
Para ver un ejemplo de cómo propagar vectores de estado en lugar de usar elementos orbitales, consulte [esta respuesta] ( space.stackexchange.com/a/234090 ), aunque le gustaría hacer una propagación más simple que esta.
@FrancoisBilodeau ese es exactamente el tipo de información que debe incluir en la pregunta para empezar. Cuanto más pueda compartir sobre el tipo de solución que necesita, mejores respuestas podrán abordar su necesidad específica. Enfatizó la pintura de pantalla rápida en la pregunta y no dijo nada sobre la precisión o la detección de acercamiento cercano. Si eso es lo que buscas, ¡genial! Pero enfatice eso claramente editando su publicación de preguntas en consecuencia. Muchos/la mayoría de los usuarios no profundizarán en los comentarios antes de escribir una respuesta. ¡Gracias!
En este caso, es posible que desee considerar cambiar a vectores de estado de propagación utilizando un modelo de gravedad de varios cuerpos del sistema solar, no simplemente elementos orbitales.
@slowerthanstopped Con suerte, eso no es necesario. De en.wikipedia.org/wiki/… "A partir de DE421, las perturbaciones de 343 asteroides, que representan aproximadamente el 90% de la masa del cinturón principal de asteroides, se han incluido en el modelo dinámico. [8]"
¿Conoce los archivos SPK que puede generar Horizons? También es importante comprender la Declaración de limitaciones de efemérides.

Respuestas (3)

Gracias amigos por ayudar. Conocía los archivos SPK, pero según la interfaz telnet de Horizon, hay un límite de 200 cuerpos por solicitud. Hacer más de 5000 solicitudes puede ser posible pero no muy productivo. También miré el archivo DE421 de ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/bsp/ pero parece que las correcciones para los 8+1 planetas

aquí está el resultado de BRIEF, una utilidad SPICE: https://naif.jpl.nasa.gov/naif/utilities.html

BRIEF -- Version 4.0.0, September 8, 2010 -- Toolkit Version N0066
Summary for: de421.bsp
Bodies: MERCURY BARYCENTER (1)  SATURN BARYCENTER (6)   MERCURY (199)
    VENUS BARYCENTER (2)    URANUS BARYCENTER (7)   VENUS (299)
    EARTH BARYCENTER (3)    NEPTUNE BARYCENTER (8)  MOON (301)
    MARS BARYCENTER (4)     PLUTO BARYCENTER (9)    EARTH (399)
    JUPITER BARYCENTER (5)  SUN (10)                MARS (499)
    Start of Interval (ET)              End of Interval (ET)
    -----------------------------       -----------------------------
    1899 JUL 29 00:00:00.000            2053 OCT 09 00:00:00.000

Siempre puedo hacer una estimación estadística, cualquier enfoque cercano es falso pero el recuento general es cercano a la realidad. Lástima abandonar el proyecto, estaba obteniendo buenas fotos de él. La coloración se hace contra la excentricidad, rojo=0

ingrese la descripción de la imagen aquí

1. Sería una pena abandonar este proyecto. Tal vez contacte a Horizons, explique lo que quiere hacer y vea si tienen alguna sugerencia. Es posible que puedan proporcionar los archivos SPK a granel (según el período de tiempo que desee cubrir) o tener otras sugerencias prácticas. 2. Dado que está investigando encuentros cercanos, supongo que incluso los archivos SPK no son adecuados cuando dos asteroides están lo suficientemente cerca como para tener un efecto gravitacional significativo entre sí, a menos que uno o ambos estén en el conjunto de 343 asteroides incluidos en la dinámica. modelo.
bueno, gracias PM, puedes probarlo en geomaitre.com/geomaitre Debes tener una tarjeta gráfica compatible con opengl 4.5, la más moderna. Buena suerte.
¡Esta imagen es bastante convincente! ¿Cómo se asignan los colores? ¿Has pensado en hacer algunas animaciones? Veo dos grupos rojos de asteroides troyanos en Sol-Júpiter L1 y L2, pero ¿hay alguno en L3? ¿Qué hizo que los de L1 y L2 fueran rojos? Scott Manley tiene varios videos antiguos en YouTube de una vida anterior, cf. Asteroides En Resonancia Con Júpiter y también ¿Por qué la distribución de los asteroides descubiertos en 2010 tenía una modulación radial? ...
y respuestas a Órbitas de asteroides troyanos y código/paquete para simulación de múltiples planetas. Creo que está al comienzo de algo realmente interesante y útil y puede tomar esto en varias direcciones. Consulte también las respuestas a ¿Qué es una distribución térmica de excentricidades? ¿Tal vez pueda "medir la temperatura" del cinturón de asteroides, o trazar la "temperatura" promedio en función del radio, o ver si los troyanos están "calientes" o "fríos"?
Vea también las próximas respuestas (con suerte) a Buscando ese sitio web genial de simulación de vuelos espaciales y astronómicos que se ha discutido aquí y, a pesar del narcisismo bastante flagrante al principio, este video cuenta una historia bastante interesante: ¿ Por qué tengo un planeta real que lleva mi nombre? (33434) ) Scottmanley
La coloración se realiza contra la excentricidad, donde 0 es rojo usando el color HSL [0 1] para la parte del matiz. Los troyanos están cerca de Júpiter y los que están lejos de él son Hilda. ver en.wikipedia.org/wiki/Hilda_asteroid

Finalmente calculé las posiciones de más de 1 millón de asteroides durante unos meses, desde junio hasta octubre de 2021. Hay aproximaciones mucho menos cercanas de lo que pensé al principio, pero en promedio, hay una conjunción por debajo de los 10 000 kilómetros casi cada dos días.

Por ejemplo, el 2021-08-10 a las 20:05 los asteroides (2002 GD77) y (2008 TD184) estarán a 825 km según el Centro de Pequeños Planetas del JPL de la Nasa y a 290 millones de km de la Tierra.

La siguiente figura muestra sus órbitas y posiciones en relación con el sol (20x) y algunos planetas principales (1000x)

ingrese la descripción de la imagen aquí

Habrá un acercamiento más cercano a 745 km el 2021-08-16 17:15 entre (2003 WH156) y (2014 WR26) pero a 520 millones de km de la Tierra. Ambos conjuntos tienen una velocidad de aproximación de 5,5 km/seg.

Mis resultados son consistentes con el sitio web de JPL y deberían estar cerca de la realidad, pero como comenta Jon Giorgini (analista senior de JPL, gracias de nuevo por su ayuda, Jon ), debido a la incertidumbre en los elementos keplerianos, no se puede decir dónde exactamente están los asteroides. en un momento determinado.

Ahora estos resultados traen más preguntas que respuestas.

  1. ¿Es posible que los instrumentos de aficionados de alta gama detecten/fotografíen tal conjunción?
  2. ¿Es posible calcular de antemano la variación mínima-máxima en la seración de asteroides?
  3. ¿Es posible con diferentes equipos/software/datos saber si ese evento ocurrió o no?
  4. ¿Qué tan cerca debe ser un acercamiento para que las órbitas se modifiquen significativamente?
  5. Si las órbitas se están modificando significativamente, ¿cuánto tiempo se tardaría en detectar desde la Tierra?
  6. También hay un montón de "parejas" que tienen órbitas MUY similares y viajan como viejos compañeros a distancias muy cercanas. ¿Son duplicados o realmente diferentes pero unidos por alguna resonancia?

Ejemplo:

2435 km     2021-08-10 14:27:08 (1999 FM92)  & (2010 DH114)
824 km      2021-08-10 20:05:00 (2002 GD77)  & (2008 TD184)
8508 km     2021-08-11 06:44:22 (2006 CK14)  & (2015 CY70)
2326 km     2021-08-11 19:40:46 (2017 RD134) & (2019 JH75)
852 km      2021-08-12 05:58:43 (2010 BO137) & (2015 FB346)

Este es un proyecto y una herramienta geniales que has creado. Creo que hay muchas cosas interesantes que puedes abordar. Las cinco nuevas preguntas que ha enumerado realmente son puntos de lanzamiento para investigaciones, así como nuevas preguntas de Stack Exchange. Para el ítem n.° 4, no hay un límite real para significativo frente a no significativo para un 1 / r 2 fuerza, pero estoy seguro de que ha habido mucho trabajo sobre la perturbación de los elementos orbitales frente a la distancia y la naturaleza del acercamiento cercano y eso podría preguntarse por separado, y por supuesto, ¡las masas de algunos asteroides se conocen por sus perturbaciones en otros asteroides!
Y, por supuesto, eso también comienza con la dirección #5. También puede encontrar interesantes las siguientes preguntas en Space SE: ¿ Métodos algorítmicos o técnicas para encontrar conjunciones en conjuntos de elementos Keplerianos de alto N? y en menor medida métodos o técnicas algorítmicas para encontrar conjunciones en grandes conjuntos de vectores de estado? . En la mecánica orbital de los satélites artificiales, la "conjunción" es un término subestimado para los casi accidentes o colisiones de los satélites.
Il est fort amusant de hecho! Para los enlaces de YouTube, puede dejar la URL vacía en la publicación y SE incrustará automáticamente el video una vez que acepte el cambio, sin necesidad de crear un enlace manualmente.

Para aquellos interesados ​​en observar conjunciones, aquí hay una lista parcial de eventos con acercamientos menores a 10,000 km para las próximas semanas.

km     = distance between asteroids 
km e6  = distance from earth in  million km 
km/sec = relative speed of approach 
elong  = elongation of asteroids from sun

        |    UTC  time     |asteroid A | km  | asteroid B |km e6| km/sec |elong|
        |------------------|------:----|----:|-----:------|----:|-------:|----:|
        | 2021-08-20 00:43 | 2006 CK14 |*8668 | 2015 CY70 | 480 | 0.0003 | 109 |
        | 2021-08-26 23:48 | 2000 SE89 | 9566 | 2017 XG51 | 432 | 3.4653 | 161 |
        | 2021-09-04 10:31 |    Dyer   | 3660 | 2014 WG584| 420 | 2.5170 | 143 |
        | 2021-09-09 00:09 | 2005 CO9  | 3305 | 2009 KZ1  | 387 | 6.3235 |  94 |
        | 2021-09-18 21:46 | 2008 FW83 | 6355 | 2014 EQ117| 417 | 3.7596 | 138 |
        | 2021-09-28 01:42 | 2007 TZ425| 3475 | 2008 XN66 | 363 | 3.0231 |  97 |
        | 2021-09-28 19:21 | 2001 DL93 | 2670 | 2006 AR3  | 291 | 17.150 |  13 |
        | 2021-09-29 07:02 |   Utkin   | 3575 | 2004 SN2  | 323 | 2.2074 | 154 |
        | 2021-10-07 07:57 | 2013 UH30 | 2396 | 2014 OW110| 309 | 2.5056 | 101 |
        | 2021-10-10 01:58 | 1991 LA1  | 4809 | 2011 LR7  | 424 | 3.5947 | 159 |
        | 2021-10-10 15:18 | 2002 JE35 | 3091 | 2013 PS4  | 379 | 3.7531 | 102 |
        | 2021-10-14 02:17 | 2006 BN154| 8145 | 2009 FB34 | 380 | 4.4304 |  93 |
        | 2021-10-16 16:35 | 2002 GN160| 2826 | 2010 LD118| 462 | 7.8022 | 137 |

La primera entrada muestra 2 asteroides con órbitas muy similares, viajando juntos como viejos muchachos. Se nota por su velocidad de cierre cercana a cero. Pruebe su software de astronomía, rastreándolos durante unos meses.

Si no tiene ningún software, puede obtener efemérides de JPL escribiendo un comando como ese en su navegador web (sin espacio, sin avance de línea)

https://ssd.jpl.nasa.gov/api/horizons.api?format=text&COMMAND=%27DES=2000%20SE89%27&MAKE_EPHEM=%27YES%27&CENTER=%27500@10%27&TABLE_TYPE=%27VEC%27&VEC_TABLE=%271 %27&START_TIME=%272021-08-26%2023:45%27&STOP_TIME=%272021-08-26%2023:50&STEP_SIZE=%271%20m%27&CSV_FORMAT=%27YES%27

Tenga en cuenta la alta velocidad de aproximación del 28-09-2021 19:21 | 2001 DL93 | 2670 | 2006 AR3 | 291 | 17.1502| 46 |

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