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美國小行星撞擊地球最后警報系統(ATLAS)

軍工資源網 2022年08月22日
導讀:2022年初,ATLAS系統位于南非和智利的最后兩臺望遠鏡投入全面運行。隨著這兩臺望遠鏡的加入,ATLAS系統可以24小時掃描整個天空。


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小行星撞擊地球最后警報系統(Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System,ATLAS)是由夏威夷大學天文學研究所(IFA)開發由美國國家航空航天局(NASA)資助的小行星撞擊預警系統。它由四臺望遠鏡(夏威夷×2,智利,南非)組成,每晚自動掃描整個天空數次,尋找移動的天體。


系統發展及部署情況


2013年,ATLAS項目獲得NASA近地天體觀測計劃(現屬于NASA行星防御協調辦公室)500萬美元撥款,其中350萬美元用于前3年的建設,150萬美元用于之后2年的運行。


2015年,ATLAS-1望遠鏡在夏威夷大學哈雷阿卡拉(Haleakala)觀測站完成建設。2017年,ATLAS-2望遠鏡在茂納羅亞(Mauna Loa)天文臺完成建設。這兩臺望遠鏡之間距離為158千米,從而盡量避免兩臺望遠鏡同時受到惡劣天氣的影響,并可以更精確地測定出小行星的軌道。


圖表:ATLAS-1、ATLAS-2項目時間表

時間事件
2014年簽訂所有大型合同(望遠鏡、相機、支架、外殼、場地等),在Mauna Loa天文臺安裝了一個微型望遠鏡(Pathfinder)以支持軟件開發;完成相機,圍護結構建造以及開發軟件
2015年接收支架、望遠鏡、相機等,完成ATLAS-1的建造,繼續開發軟件
2016年繼續開發軟件,開始向小行星中心發送觀測數據
2017年接收剩余組件,完成ATLAS-2的建造,系統開始全面運行
資料來源:調研整理


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ATLAS-1、ATLAS-2系統部署位置示意圖


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ATLAS-2系統

在前兩部ATLAS望遠鏡運行幾年后,夏威夷大學IFA再次爭取到了NASA的資金用于在南半球建造兩部望遠鏡。2018年8月,NASA再次資助ATLAS項目380萬美元。IFA最終選擇與南非天文臺(SAAO)和智利El Sauce天文臺合作,建設了ATLAS-3和ATLAS-4望遠鏡,后兩部望遠鏡已于2022年初全面運行。下圖顯示了ATLAS望遠鏡的全球站點。


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SAAO工作人員正在安裝ATLAS-3

系統能力

ATLAS系統能夠探測到距離地球4000萬公里的直徑100米的小行星,以及距離地球400萬公里的直徑10米的小行星。假設小行星以20公里/小時的速度接近地球,ATLAS系統能夠提前3周預警直徑約100m的小行星,提前2天預警直徑約10m的小行星。

不過,考慮到由于朝向太陽的方向的原因導致大約1/4的夜空無法從地面觀測,以及月光會對系統靈敏度造成影響等。為了評估這些盲點對觀測的影響,研究人員使用計算機模擬了小行星威脅,最終得出了ATLAS系統對小行星的預警時間范圍(如下圖所示)??梢园l現,大多數直徑50m的小行星能夠在撞擊前3~9天被探測到,大多數直徑140m的小行星能夠在撞擊前10~40天被探測到。


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ATLAS系統對不同直徑小行星的預警時間

迄今為止,ATLAS系統已經發現了777顆近地小行星、79顆潛在威脅小行星、71顆彗星以及12153顆超新星。

系統設計及性能參數

ATLAS系統的主題部分包括望遠鏡、CCD相機和赤道儀。

望遠鏡。ATLAS系統采用DFM工程公司設計和建造的施密特望遠鏡,望遠鏡焦比f/2、視場7.4°。其光學系統包括1個0.5m施密特校正器、1個0.65m球面主鏡、1個濾光器、低溫恒溫窗口以及探測器,如下圖所示。


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相機。ATLAS系統采用STA半導體技術公司的STA-1600 CCD相機,該相機有1.1億的像素,亞利桑那大學成像技術實驗室對其進行了減薄、鈍化和AR涂層處理。

赤道儀。在赤道儀的選擇上,IFA考慮過叉式赤道儀,但最終選擇了APM Telescopes公司生產的德國赤道儀(GEM),因為GEM結構更加簡單且更便宜。該赤道儀安裝座上有7個35公斤的配重以平衡望遠鏡的重量,回轉速度約15度/秒。

ATLAS系統的其他組成部分包括:

  • 傳統圓頂式外殼;
  • 交換機和光纖;
  • 多臺工業計算機,其中一臺運行windows系統以連接DFM遠程示波器,一臺運行Linux系統并通過專用網絡連接相機控制器;
  • 各種Raspberry Pi微型電腦;
  • Thermo Fisher公司Accel 500循環冷卻器用于冷卻CCD相機;
  • Puregas CDA-10空氣干燥器用于減少鏡頭的水汽凝結;
  • 不間斷電源;
  • 現場監控系統。

ATLAS系統的技術規格如下表所示。

圖表:ATLAS系統技術規格
指標參數
觀測點4個
地點夏威夷×2,智利×1,南非×1
望遠鏡孔徑0.5m
望遠鏡焦距1m
望遠鏡焦比f/2.0
望遠鏡視場7.4°
望遠鏡架德國APM Telescopes公司的赤道儀
相機美國STA半導體技術公司的STA-1600 CCD探測器(10.5k×10.5k)
像素大小9μm
CCD相機工作溫度-53℃
曝光時間30s
每晚探測次數75000次(25000顆小行星,每顆3次)
探測星等20等
資料來源:ATLAS

小結

ATLAS系統名稱中的“最后警報”(Last Alert)反映了該系統的定位。相比卡特琳娜巡天系統(LINEAR)、泛星計劃(Pan-STARRS)等近地天體觀測系統,ATLAS系統發現小行星可能要晚幾年。但面對突發情況時,該系統的24小時監測能力能夠保證為最后緊急撤離提供幾天到幾周的預警時間,從而大大降低小行星撞擊地球時間的危害。

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