Читаем Космос полностью

На помощь учёным пришли новейшие средства микроэлектроники и компьютерные технологии. После 2000 г. астрономы полностью перешли на электронно-оптические методы наблюдений. В качестве чувствительных приемников излучения в телескопах начали использовать твердотельные приборы с зарядовой связью (ПЗС). В наши дни ПЗС-матрицы используют в мобильных телефонах, в цифровых фото- и видеокамерах. Основой ПЗС-матрицы является плоский слой монокристалла полупроводника (как правило, кремния). На эту подложку наносят много металлических площадок, расположенных в правильном геометрическом порядке в виде строк и столбцов. Каждая площадка вместе с подложкой образует ячейку, чувствительную к свету. Такая ячейка становится элементарным конденсатором, который может накапливать электроны, возникающие под действием падающего потока фотонов. Возникающие таким образом электрические сигналы передаются вдоль столбцов в следующие строки. С последней строки электрические заряды попадают на усилитель и аналого-цифровой преобразователь. Этим процессом управляет компьютер. Чтобы снизить помехи от самой матрицы, её охлаждают до -130 °С.

Современные ПЗС-матрицы изготовляют с числом светочувствительных элементов (пикселей) от 4096–4096 и более. Размеры каждого элемента от 3–3 до 30–30 мкм. Профессиональные ПЗС-камеры обеспечивают не только сверхвысокую чувствительность, но и высокоточное определение координат изображений в оцифрованном виде. Это даёт другое важнейшее преимущество метода — возможность получения и компьютерной обработки информации почти в реальном масштабе времени.

Каждая звезда проявляется на площади в несколько пикселей. Компьютер определяет блеск звезды и её координаты с точностью не ниже 0,1 размера пикселя. В результате получают массив прямоугольных координат и блеск объектов, попавших в поле, покрываемое матрицей. После этой обработки компьютер пересчитывает прямоугольные координаты в привычные для астрономов сферические экваториальные.

Если за одну ночь получено два-три кадра одной и той же площадки неба, то компьютер, в памяти которого есть каталоги опорных звёзд, данные об известных подвижных объектах естественного и искусственного происхождения, сможет выделить новые подвижные объекты, представляющие опасность для землян. На практике наблюдатели получают три измерения положения объекта с перерывом 20–30 мин. Этого бывает достаточно, чтобы определить скорость изменения координат исследуемого объекта и сопоставить полученные параметры с параметрами объектов, уже занесённых в базу данных. Следующая задача, решаемая компьютером, определение координат, а затем по нескольким наблюдениям — и построение предварительной орбиты объектов. Об открытых объектах, которые в будущем могут опасно сблизиться с Землёй, все данные отправляют в координационный центр, чтобы пополнить ими каталог опасных объектов.

Из-за движения астероида на фоне звёзд его слабый световой поток как бы «размазывается» по направлению движения и не позволяет накапливать сигнал при длительном экспонировании. Учёные из Новосибирска, работающие в Вычислительном центре Сибирского отделения Академии наук, разработали алгоритм компьютерного преобразования массивов чисел от ПЗС-матриц в параметры орбитального движения. При этом изображения тел, движущихся по эфемеридам заданного класса, представляются как бы неподвижными, что допускает длительное накопление сигнала.

Разработанный алгоритм позволяет избирательно считывать заряды с пикселей ПЗС только в те моменты, когда на них падает свет от движущегося малого объекта. Используя предложенный алгоритм, можно создать систему, которая позволит объединить в центральном компьютере промежуточные результаты наблюдений с нескольких телескопов наземного и космического базирования. Эта система избирательно обнаруживает не любые малые тела, которых, по оценкам, многие миллионы, а лишь те из них, которые сближаются с Землёй.

По результатам численного моделирования и анализа гелиоцентрического движения ОКО установлено, что за несколько лет до тесного и опасного сближения с Землёй происходят их менее тесные сближения с нашей планетой. В эти периоды предварительных сближений и желательно обнаружить потенциально опасный объект. Расчёты, в частности, показывают, что зона контроля космического пространства радиусом 1 5 млн. км гарантирует обнаружение большинства АСЗ за 10 лет до столкновения. Опасные астероиды на предыдущих оборотах могут быть замечены и на гораздо меньшем расстоянии.