砂漠の火球ネットワーク

砂漠の火球ネットワーク

流星が空を横切る
略語	DFN
タイプ	カメラネットワーク
目的	記録的な隕石落下
本部	パース
サービス提供地域	オーストラリア
所属	カーティン大学
Webサイト	dfn.gfo.rocks

砂漠火球ネットワーク（DFN）は、オーストラリアのカメラ ネットワークです。大気圏に突入する隕石を追跡し、隕石の回収を支援するために設計されています。現在、ヌラボー平原、西オーストラリア州のウィートベルト、南オーストラリア州の砂漠を含む西オーストラリア州と南オーストラリア州に広がる 50 台の自律型カメラを運用しており、250 万^km2の面積をカバーしています。ステーションの場所は、隕石の探索を容易にするために選択されました。2018 年から、世界中に配備されたカメラにより、パートナーの研究チームと連携して初の地球規模の火球観測所が始まりました。

DFN 観測所は、毎晩夕暮れから夜明けまで約 30 秒間の露出で空の写真を撮影し、火球や流星が検出されると DFN チームに自動的に警告が送られます。長時間露出画像に基づいて、軌道と軌道が半自動でプロットされ、落下した隕石の位置と質量を示す落下線が生成されます。

DFNは、惑星系の形成と進化に関する現在の理解の知識基盤を発展させています。特定の隕石を地球に衝突するまでの火球の軌道と軌道と結び付けることにより、科学者は隕石サンプルが太陽系のどこから来たのかをより深く理解することができます。主小惑星帯の起源と思われる地域が特定されると、候補となる母天体を調査することができます。^{[1] [2] [3]}

隕石が発見され収集されると、無数の分析が行われ、母天体の状態がどのようなものであったか、そしてその岩石の生涯を通じて何が起こったかが示されます。^[4]これは、太陽系の詳細な組成マップを作成できることを意味し、小惑星と地球近傍天体の組成がどのように変化するかを示し、太陽系の進化モデルと惑星科学研究にさらに役立つ情報を提供します。^{[2] [5]}

このプロジェクトの最終的な目的は、彗星隕石を見つけることです。^[6]彗星は太陽系で最も純粋な物質の一つであり、太陽系の初期プロセスのユニークな記録を含んでいます。^[7]彗星の火球が地球に隕石を運んでいることを示唆する証拠が増えており、このプロジェクトのセットアップは、落下を観察し、世界中の宇宙機関が宇宙ミッションを通じて入手するために巨額の資金を費やした彗星のサンプルを収集するのに理想的です。^[1]

数多くのチームが同じ原理に基づいて火球観測所を設立しており、例えばプレーリーネットワーク^[8]（米国）やカナダ隕石観測回収ネットワーク^[9]は主に観測天文学者によって主導されているが、全体としては4つの隕石の軌道しか決定されていない^{[1] 。}

このアプローチへの関心は、望遠鏡による天文観測で地球に向かう軌道上にある流星体が検出され、地球表面での位置を正確に特定できた 2008 年に高まりました。候補となる小惑星の種類と隕石との関連は、物体の組成と軌道に基づいて特定されましたが、このような観測所では空のごく一部しか観測できないため、このような現象を定期的に観測できる可能性はやや低いです。

これに先立つ2007年、DFNは西オーストラリア州のヌラボー砂漠平原でアナログの試験段階にあった。^[1]ネットワークが稼働するとすぐに流星が観測され、最初の回収旅行で、そしてまさに初日に、隕石は予測された落下線からわずか100メートルのところで発見された。^{[5] [10]} DFNが急速に成功したのは、部分的にはネットワークの位置と関係がある。砂漠地帯は回収に非常に適している。北半球の温帯地域のような密生した植生の地域では隕石の回収はほぼ不可能だからである。^[1]この間の試験段階と2つの隕石の回収の後、DFNは自動化されたデジタル火球観測所に拡大し、^{[11] [12] [2] [13]}現在、オーストラリアの新たな地域と海外にさらに拡大している。^{[14] [1]}これまでに4つの隕石が回収され、高精度の軌道と軌道が決定されている。^[1]

隕石は、宇宙から地球の表面に落下する金属または石の物体です。科学者は、ほとんどの隕石が太陽系の小惑星帯内の小惑星に由来すると考えていますが、一部は彗星に由来する可能性があることを示す証拠が増えています。また、月や火星などのより大きな惑星から来る隕石もあります。^[15]隕石は通常、最初に親天体に集積したときから、その天体から放出されて地球に着陸したときまでの歴史を保存しているため、新しい隕石が発見されるたびに、 過去45億6千万年間の惑星の形成と進化に関する理解が深まります。 ^[16]

DFN観測所で観測される隕石の落下は、物体が地球の大気とどのように相互作用するか、どのように減速するか、物体によって流星がどれくらい明るいか、そしてアブレーションによって落下中に質量がどのように変化するかを知るのに役立ちます。^[13]

科学者は多数の分析テストによって隕石を調べ、その複雑な歴史を詳しく調べることができる。隕石の組成、質感、成分は、それが属する隕石のクラスを特定するために役立つ。時を経て、世界中の隕石コレクションは、同様の特徴を持つ岩石のグループを特定するために使用され、それらは同じ母天体、または同じ天体ファミリーに由来すると推定されている。^[17]これらのグループ内の微妙な違いは、母天体の変動（組成または質感）を示唆しており、疑わしい母天体は地球と同様に均一ではない可能性があることを意味している。鉄隕石は、もはや太陽系には存在しない可能性のある大型小惑星の核であると解釈されている。^[18]鉄隕石はかつて母天体の上でケイ酸塩の殻に囲まれていた可能性があり、^[18]他のケイ酸塩を多く含む隕石も、明らかな組成の違いにもかかわらず、同じ母天体に由来していることを意味している。これは、小惑星の深部で起こっているプロセスをかなり簡単に知ることができ、これらの岩石に基づいて地球の内核の組成に関する知識を得ることができることを意味します。

非常に原始的な隕石には、太陽系で最初に形成された固体の一部が含まれています。これらの物質は、太陽系のより正確な年齢（45億6800万年）を推定するために使用されています。これらの岩石は、最初の形成以来ほとんど変化していないため、原始的です。^[16]

衝突科学も隕石の衝突から恩恵を受けている。地球は過去にチクシュルーブ・クレーターなどの大きな衝突を経験しており、残された物質と地表への影響により衝突モデルの予測精度が向上している。地球への影響は他の惑星で観測された類似のパターンを理解するためにも利用でき、さまざまな惑星や惑星体の衝突クレーター形成に関する豊富な理解が得られる。^[16]

DFNはこれまでに、非常に正確な軌道データを持つ5つの隕石を回収しました。^[1]最近の2つの回収、ムリリとディングルデルは、観測された落下後非常に短い時間枠内に収集されました。^{[19] [20]}これは、ネットワークパイプラインのデジタル化が時間の経過とともにますます効果的になっていることを意味します。^{[1] [2]}

DFN観測所では、各観測所からほぼ全天をカバーする8mmステレオ魚眼レンズを備えた民生用静止写真カメラ（具体的にはDSLR ）を使用しています。カメラはgPhoto2を使用する組み込みLinux PCで制御され、画像は複数のハードディスクドライブにアーカイブされ、観測所がメンテナンスのために訪問されるまで（ストレージ容量に応じて8〜18か月ごと）保管されます。^[35]

観測所は一晩中、30 秒ごとに 1 枚の長時間露光画像を撮影します。撮影後、自動イベント検出機能により画像内で火球が検索され、複数の観測所からの画像を使用して中央サーバーでイベントが確認されます。

液晶（LC）シャッターの動作によって、GNSS同期タイムコードが長時間露光画像に埋め込まれ、三角測量後の火球の軌道の絶対タイミングデータを1ミリ秒未満の時間精度で提供します。[ 36 ]^絶対タイミングは流星軌道の計算に使用され、タイムコードによって埋め込まれた相対タイミングは軌道解析（特に流星の減速から質量を計算するため）に必要です。

データ取得速度を上げるには、データ削減のための自動化されたデジタル パイプラインが必要です。各自動火球観測所へのワイヤレス リンクにより、複数のステーションの確認のためのクロスチェックが可能になり、画像をリモートでダウンロードできます。ピクセル座標での火球の軌道の位置を容易にするソフトウェアが作成されました。これらの軌道は、周囲の星を自動的に識別し、参照システムとして使用するために作成された強力な天体測定キャリブレーション ツールを使用して、1 分単位の精度で天体座標に変換されます。さまざまな観測角度は、修正された最小二乗最小化アプローチを使用して三角測量され、画像品質に基づく重み付けが含まれるようになり、完全な観測軌道が生成されます。各観測所のレンズ内のシャッター システムは、各火球に一意の非反復De Bruijn シーケンスをエンコードします。これにより、軌道の継続時間 0.4 ミリ秒までの正確で絶対的なタイミング情報が提供されます。専用のソフトウェアは、エントリ パラメーターを使用して各流星体の軌道を決定します。隕石の可能性の有無を判断するために、変化する隕石の質量の推定がモデル化されます。アブレーションが停止すると、大気の風が隕石の地上への進路に大きく影響します。地球予報システムのデータは、火球の周囲に独自に作成された 0.008 度の解像度のメッシュを持つ大気の風モデルで使用されます。モンテカルロ ダーク フライト シミュレーションを実行して、主要質量と破片の可能性のある捜索領域を決定します。

流星体の暗黒飛行 軌道は、大気の風、特にジェット気流の影響を大きく受けます。その結果、風がない場合と比べて、隕石の落下位置が最大数キロメートルずれることがあります。

発光飛行終了時の周辺の気象状況は、動的ソルバー ARW (Advanced Research WRF) を備えた第 3 世代の気象研究予報 (WRF) モデルを使用して数値的にモデル化されます。気象モデルは通常、全球 1 度解像度の国立環境予測センター(NCEP) 最終分析 (FNL) 運用モデル全球対流圏解析データを使用して初期化されます。モデルは、指定されたエリアと時間の 3D マトリックスを、水平解像度 1 km まで生成します。この 3D データから気象プロファイルが抽出されます。このコンポーネントには、高度約 30 km までの範囲の高度での風速、風向、気圧、温度、相対湿度が含まれ、ほとんどの場合、暗期飛行を完全にカバーします。

DFN は年間数百テラバイトのデータを生成しますが、そのほとんどは高解像度の全天画像です。提案されているネットワーク拡張により、この量は増加することになります。このネットワークの主な目的である隕石回収には、このデータのごく一部 (火球を含む画像) のみが必要であり、これはデータ処理パイプライン (上記) によって処理されます。ただし、天文学や宇宙状況認識の分野では、このデータの潜在的な用途は他にも多数あります。

カメラで記録された全データは、リモート転送するには大きすぎます。そのため、DFN 観測所の定期点検時にリムーバブル ハード ドライブを収集し、空のハード ドライブと交換してからパースに輸送し、Pawsey スーパーコンピューティング センターのデータ ストアにアーカイブします。数ペタバイトのデータ ストアにより、汎用メタデータとプロジェクト カスタム メタデータを使用したデータセットの検索、および他の研究グループとのデータ共有が可能になります。

カメラ ネットワークによる隕石落下予測では、通常、地面に数 km の長さの直線または曲線を描く「落下線」が生成されます。この線に沿って隕石が落下したと考えられますが、正確な位置は不明です。これは、三角測量プロセス、落下中の大気の風の影響、隕石の目に見える減速に関する知識が原因ですが、隕石の密度、形状、正確な質量に関する知識が不足しています。

隕石の探索理論は、捜索救助理論に大きく依存しているが、隕石は動く標的ではないため、いくぶん単純化されている。DFN が観測した落下のほとんどは奥地の僻地で起きるため、捜索チームは通常 4 ～ 6 人で構成され、最長 2 週間その場でキャンプする。つまり、捜索戦略はスピードではなく効率に重点が置かれている。つまり、遠征最終日の隕石回収は、科学的には初日と同じくらい価値がある。これは、スピードが極めて重要である行方不明者の捜索救助などとは対照的である。DFN チームが使用する実際の捜索技術は、予測される落下サイズと誤差楕円に合わせて調整されている。

• 徒歩で探索したり、歩行者を誘導する GPS ユニットを使用してエリアをグリッド化したり、調査フラグを使用してエリアをマークしたりします。これは、予測される質量が小さい場合や誤差楕円が小さい場合に便利です。これにより、エリアを詳細にカバーでき、信頼性が高くなりますが、単位時間あたりの探索エリアは少なくなります。
• より広いエリアの場合は、クワッドバイクまたは ATV を使用して捜索します。これは、より広い範囲で落下が予測される場合、または遠くまでよく見える、見通しのよい、明るいエリアの場合に最適です。
• 現在の研究は、効率を向上させる技術としてドローンの使用に焦点を当てています。

Fireballs in the Sky は、砂漠の火球ネットワークの物語を伝える、受賞歴のあるアウトリーチおよび市民科学プログラムです。Fireballs in the Sky は、世界中のあらゆる年齢層の人々を巻き込み、火球と隕石の科学の驚異を共有します。この革新的なアウトリーチ プログラムは、ThoughtWorks と共同で制作した Fireballs in the Sky アプリを通じて火球の目撃情報を報告することで、世界中の人々が研究に参加することを奨励しています。スマートフォン アプリの拡張現実、直感的なインターフェイス、センシング テクノロジーを通じて、世界中の誰もが火球の目撃情報を再現し、科学的に有用なデータを提供することができます。アプリをダウンロードして世界中の最新のレポートを見るには、ここのアプリ目撃情報にアクセスしてください。これは現在、世界で正確な公的な火球の目撃情報を報告するための最良のシステムであり、DFN のデータベースに直接データを取り込みます。

DFN プロジェクトは、西オーストラリア州パースのカーティン大学を拠点としています。NASAと共同で、DFN は太陽系探査研究仮想研究所(SSERVI) を通じてグローバル火球観測所へと拡大しています。SSERVI の科学技術研究は、資金提供を受けた米国のチームと大規模な国際パートナー ネットワークを通じて、惑星探査と人類の探査とのつながりに焦点を当てています。

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