Predviđanje udara asteroida

Otprilike svakih 300.000 godina jedan veliki asteroid udari u površinu Zemlje i izazove katastrofu takvih razmera da nestaju čitave civilizacije ili životinjske vrste. Mogu li kompjuteri da nam pomognu da predvidimo sledeći takav slučaj?

Svi već znaju da su dinosaurusi nestali na ovakav način i to je opšteprihvaćeno i logično objašnjenje. Sadašnja civilizacija na Zemlji relativno je mlada i, na sreću, još nije imala prilike da se suoči s ovakvom situacijom. Bolje je da se tako nešto ne desi, a veliko je pitanje da li smo spremniji da preživimo danas sa svom tehnikom koju imamo ili smo bili spremniji da preživimo u prošlosti, kada smo kao pojedinci bolje poznavali opstanak u prirodi.

Veliki udar asteroida ostavlja posledice koje dugo traju i slične su posledicama nuklearnog rata: uništenje na velikom prostoru, zamračenje atmosfere i nuklearna zima, sa svim onim što nastaje kao posledica vekovne hladnoće.

Do pre samo 20 godina naša civilizacija nije bila u stanju da učini bilo šta da spreči takav udar, a astronomi bi mogli eventualno samo da upozore javnost o predstojećoj katastrofi. Svima nama jedino bi ostalo da stisnemo palčeve i nadamo se najboljem.

Na svu sreću, savremeni razvoj astronautike, potpomognut razvojem računarske tehnologije, naročito dostignućima ostvarenim u poslednjih desetak godina, mogao bi da pruži konkretne odgovore i rešenja za sprečavanje ovakve vrste katastrofa. Možemo slobodno reći: superračunari nam daju šansu da preživimo!

Simulacija udara

Postoji oko pet stotina registrovanih asteroida, veličine od 500 do 800 metara, koji predstavljaju potencijalnu opasnost za našu planetu. Iako izgledaju relativno mali, njihov pad u okean izazvao bi veliko uništenje priobalnih područja od strane ogromnih cunami talasa. Postoje različiti scenariji u zavisnosti od veličine i mesta udara nebeskog tela u Zemlju, a zajedničko im je to što veoma podsećaju na nuklearnu katastrofu. Iz tog razloga naučnici su pripremili računarske simulacije ovakvog udara, koristeći modele slične onima koji se koriste za simulaciju eksplozije atomske bombe.

Jedan takav eksperiment uradili su u laboratoriji Sandia iz SAD. Simulacija se zasnivala na pretpostavci pada asteroida u okean, na lokaciji udaljenoj 25 kilometara od obale Njujorka. Pretpostavljena veličina asteroida je bila 1,4 km u prečniku, a udario bi pod uglom od 15 stepeni pri brzini od 20 km u sekundi. U model su uneti i svi ostali parametri: dubina vode, količina materijala itd. Simulacija je izvedena 1998. godine na tada najbržem Intelovom superračunaru sa 9000 procesora. Posle izračunavanja, za koja je bilo potrebno čitavih 18 časova, rezultati su vizuelizovani na (tada) moćnim grafičkim stanicama u vidu 3D modela. Početnu sekvencu udara ovakvog asteroida možete videti na slikama koje smo priložili.

Prema ovoj simulaciji, udar bi izazvao isparavanje asteroida, deformaciju okeanskog dna i izbacivanje stotine kubnih kilometara pregrejane vodene pare (preko 5.000°C), istopljenih stena i prašine. Ovaj materijal bi prekrio veliku geografsku površinu, stvarajući tamu i padajući nazad na zemlju, a temperatura koja bi se razvila trenutno bi spržila Njujork i okolinu. Nakon toga bi nastalo zahlađenje, prava zima sa snegom, koja bi mogla trajati od nekoliko dana do nekoliko nedelja. Posle sličnog velikog udara koji je uništio dinosauruse, sisari su preživeli hraneći se trulim materijama.

Digitalna kamera od tri gigapiksela

Ovakva simulacija je pokazala da zaista imamo čega da se plašimo, ali nam sagledavanje štete koja može nastati ne može nimalo pomoći da preživimo. Sledeći korak, nakon simulacije pada zamišljenog asteroida, jeste da se preduzme istraživanje svih potencijalno pretećih nebeskih tela i da im se redovno i precizno prati kretanje, uz proračunavanje mogućeg ukrštanja njihove putanje s putanjom Zemlje. Za ovaj zadatak su potrebni računari visoke procesorske moći i velikih skladišnih mogućnosti. Astronomske ustanove koje su se do sada bavile ovim poslom nisu imale dovoljne tehničke mogućnosti da precizno proračunaju putanje u slučaju većeg broja ovih tela.

Početkom ove godine, iz centra Minor Planet Astrofizičke observatorije Smitsonijan na Harvardskom univerzitetu stiglo je upozorenje o postojanju objekta čija se putanja ukršta sa Zemljinom. Kasnije se ispostavilo da su preliminarna proračunavanja izvršena sa nedovoljnom količinom podataka, i to na starim radnim stanicama povezanim u klasterski superračunar skromnije moći. Postalo je jasno da ovakav sistem ne može da odgovori na potrebe veće preciznosti, za koju se pokazalo da je neophodna radi sprečavanja udara. Bio bi veliki problem da se pogrešan asteroid ili kometa označe kao oni koji će pasti na Zemlju.

Da bi se čitav posao obavio kako treba, potreban je sistem sposoban da mapira veliko područje nebeskog svoda, obuhvatajući sve što može da predstavlja opasnost. Jedan od takvih projekata je i Large Survey Telescope (www.lsst.org) koji će formirati 3D mapu zvezdanog neba. Čitav sistem, sastavljen od superračunara i velikog teleskopa, biće operativan za oko pet godina, a njegov teleskop će u jednakim vremenskim intervalima sakupljati 6 GB podataka dobijenih u svakoj ekspoziciji koja traje 10 sekundi! Možete zamisliti koliko je memorijskog prostora potrebno za sve ove digitalne podatke.

Ovaj projekat će predstavljati veliki podstrek za razvoj tehnologije baza podataka jer se očekuje da će baze ovog sistema biti najveće u naučnoj zajednici. Za obradu svih podataka koji će pristizati s teleskopa biće potreban superračunar sastavljen od 1000 nodova, od kojih će svaki za sebe biti višeprocesorski sistem, ukupne moći od minimum 20 TFLOPS-a (teraflopsa, 20 x 10¹² operacija sa pokretnim zarezom u sekundi). Teleskop će svojom kamerom ovom superračunaru svake noći isporučivati oko 30 terabajta digitalnih podataka (1 TB = 1024 GB), dok će u toku jedne godine stvarati oko šest petabajta podataka koji se moraju trajno čuvati. Ceo sistem će svoj rad započeti s memorijskim kapacitetom od 18 petabajta, koji će vremenom biti proširen. Pored ovoga, programeri koji razvijaju softver nalaze se pred izazovom kreiranja algoritama koji će omogućiti da isti objekat koji je snimljen dva puta ne bude registrovan kao različit, što bi u suprotnom moglo da potpuno blokira sistem.

Ovaj teleskop s prečnikom ogledala od 8,4 metra za tri noći rada pokrivaće čitavo dostupno nebo, a slike će generisati digitalna kamera koja ima 3 gigapiksela (3 milijarde piksela). Ova kamera ima prečnik od 1,93 m, dužinu objektiva od 1,9 m i pet aktivnih filtera. Talasna dužina koju pokriva kreće se od 400 do 1040 nm i biće regulisana različitim filterima.

Institut za astronomiju Univerziteta na Havajima razvija nešto drugačiji sistem iste namene, pod nazivom Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System. Umesto jednog velikog teleskopa Pan-STARRS projekat upotrebiće više manjih, a podaci koji budu dolazili iz njih kombinovaće se i stvarati sličnu količinu podataka kao i prethodni sistem. Svaki teleskop će imati po četiri digitalne kamere. No, u odnosu na druge sisteme visokih performansi, obrada podataka razlikovaće se u tome što će svaki procesor obrađivati različite podatke, izvršavajući iste instrukcije u jedinici vremena (data parallelization), a ne kao kod drugih superračunara koji primenjuju sistem da se isti zadatak deli na više procesora (CPU parallelization).

Ovaj sistem će proraditi tokom 2008. godine i smatra se da će, u kombinaciji s prethodnim, vrlo precizno i u ranom stadijumu otkrivati nebeska tela čije se putanje ukrštaju sa Zemljinom.

Postavlja se pitanje šta će biti kada se otkrije takav objekat koji leti prema Zemlji. Zavisno od svog sastava, u srećnoj varijanti mogao bi sagoreti tokom pada kroz atmosferu, ali u slučaju da je u pitanju objekat čvršće građe, prečnika oko 30 metara, pri svom padu mogao bi da stvori krater prečnika jednog i po kilometra!

Bomba na asteroidu?

Ideja koja stoji iza ovih napora jeste rano i precizno otkrivanje pretećih objekata, s namerom da se u tom slučaju skrenu sa svoje putanje. Doskora je ova ideja više pripadala naučno-fantastičnim filmovima („Armagedon”) nego realnosti, ali činjenica je da je NASA početkom 2001. godine uspela da spusti letelicu pod imenom NEAR na površinu asteroida Eros. Ovaj kosmički objekat udaljen je od Zemlje 300 miliona kilometara, a letelici je trebalo pet godina da stigne do cilja.

Spuštanje ovakve naprave na asteroid prvo je u istoriji i, uprkos slabim šansama, uspešno je završeno. Iako konkretni asteroid ne predstavlja opasnost, on je bio cilj eksperimenta koji je pokazao da je nauka sposobna da, u slučaju potrebe, na sličan način na asteroid spusti i snažnu bombu koja bi ga skrenula s putanje prema nama.

Sada postaje potpuno jasno da su superračunari neophodni radi preciznog određivanja pretećih objekata i njihovih putanja jer je slanje letelice s bombom skup projekat, a najskuplje je da je ne pošaljemo kada je potrebno. Iako ovakva situacija izgleda vrlo daleko, sada imamo realnu nadu da postoji mogućnost izbegavanja većih asteroida koji bi mogli da ugroze život na našoj planeti.

Mirko PERAK