Úvodní strana  >  Články  >  Sluneční soustava  >  Asteroids@home – Zapojte se i Vy!

Asteroids@home – Zapojte se i Vy!

Logo Asteroids@Home. Autor: Czech National Team.
Logo Asteroids@Home.
Autor: Czech National Team.
První český projekt v systému distribuovaných výpočtů BOINC a vůbec první v naší republice z oblasti astronomie. To je Asteroids@home, projekt kterému pomohl na svět Czech National Team, kolektivní člen České astronomické společnosti. Jak se do projektu zapojit? A co všechno by měly výsledky projektu přinést? Nejen to se dozvíte v posledním díle tohoto seriálu.

Distribuované výpočty pomáhají již více než patnáct let v mnoha oblastech vědeckého výzkumu. Astronomie patří společně s biologií k těm nejpopulárnějším a zároveň k těm, kde došlo v minulosti k největšímu urychlení výzkumu právě díky této dobrovolné činnosti několika milionů běžných lidí. Distribuované výpočty jsou dostupné každému, kdo vlastní počítač a má alespoň občas připojení k internetu. Díky snadnému zapojení a možnosti výběru z velkého množství projektů (jen v systému BOINC jich je již více než stovka), se tato činnost stává stále populárnější. V oblasti výzkumu asteroidů není využití distribuovaných výpočtů také nic nového. Největším úspěchem bylo jistě zkoumání aerogelu sondy Stardust po jejím návratu na Zemi v projektu Stardust@home. Vědci potřebovali přesně určit, ve kterých místech se nacházejí zachycené prachové mikročástice z ohonu komety 81P/WILD2 a v laboratoři by to celému vědeckému týmu trvalo minimálně 20 let. Díky naskenování řezů gelu a rozeslání snímků statisícům přihlášených dobrovolníků mohli vědci během několika měsíců zkoumat vytoužené a tolik potřebné vzorky.

V roce 2010 nezisková organizace Czech National Team o.s. (CNT – největší český tým v distribuovaných výpočtech – více než 11 000 členů) ve spolupráci s Českou astronomickou společností (ČAS) nabídla svou pomoc astronomickým výzkumným ústavům v České republice. Nabídka se týkala poskytnutí části velkého výpočetního výkonu týmu CNT pro vznik a rozvoj prvního českého projektu distribuovaných výpočtů systému BOINC. Dále byla nabídnuta pomoc se založením projektu, jeho správou a případně i počítačovým vybavením. Na základě projeveného zájmu Mgr. Ďurecha se u něho v kanceláři v prostorách Astronomického ústavu UK v Praze uskutečnila dne 3. 12. 2010 schůzka, na kterou přijeli tři zástupci CNT o.s. (Vít Kliber, Radim Vančo a Dušan Vykouřil) a Petr Sobotka (tajemník ČAS). Na této schůzce byl představen projekt modelování planetek, oblast výzkumu distribuovaných výpočtů, možnosti pomoci ze strany CNT a také možná pomoc ze strany ČAS. Bylo zjištěno, že výzkum modelování planetek se ideálně hodí pro distribuované počítání, jelikož velká spousta modelů pro jednu planetku se dá rozdělit na libovolný počet, které bude obsahovat každá z výpočetních jednotek. Ty následně budou rozesílány tisícům dobrovolných počtářů distribuovaných výpočtů pro zpracování na jejich domácích či pracovních počítačích. Na základě všestranného zájmu byly na místě stanoveny základní cíle pro samotný rozjezd projektu i konkrétní úkoly.

Fotky z pracovní schůzky na UK. Autor: Czech National Team.
Fotky z pracovní schůzky na UK.
Autor: Czech National Team.
Pro start projektu bylo využito serveru CNT o.s., jehož správu si vzal na starosti Radim Vančo. Během roku 2011 Mgr. Ďurech upravil zdrojový kód programu pro cluster tak, aby odpovídal provozu distribuovaného počítání na domácích počítačích. Projektu bylo přiděleno i jméno – Asteroids@home. O následnou instalaci obslužného systému BOINC, založení stránek projektu i o kompilaci aplikace se postaral již Radim Vančo. Nejprve 15. června 2012 vydal aplikaci pro systém Linux, 7. prosince 2012 pro Windows a do konce roku stihl vydat ještě aplikaci pro některé chytré mobilní telefony.

Nárůst dostupného výkonu pro samotný projekt byl okamžitý. Už výpočty na systému Linux překonaly výkon dostupný na univerzitním clusteru a měsíc po vydání Windows aplikace se tento poskytovaný výkon ještě zvýšil více než desetinásobně. Po 40 dnech pak dvacetinásobně. Přitom projekt se teprve pomaloučku dostává do povědomí stálých počtářů distribuovaných výpočtů a mnohé nové si jistě najde. V současné době stále probíhá modelování se stejným nastavením, jako na počátku výzkumu pouze v prostorách UK. Pokud počet počtářů projektu ale dále poroste, mohou být testovány i podrobnější výpočty, zahrnující i měření v infračerveném tepelném oboru, což je asi 100x náročnější na počítačový výkon. Tento model byl na UK již dříve testován a jeho nasazení by v případě dostatečného výkonu bylo reálné. Pokud by byl dostatek poskytovaného výkonu, daly by se zkoumat i tisíce nový různých tvarových variant modelů a o to větší by byla šance na nalezení pouze jediného modelu, který by vstupním datům výrazně nejlépe odpovídal.

V současné době je modelování jednoho asteroidu rozděleno na několik set pracovních jednotek a každá je odeslána na dva různé počítače, různým majitelům, pro ověření správnosti výpočtu. Na stránkách projektu je umístěn seznam jednoznačných modelů asteroidů a u nich i uvedené jméno počtáře, který nejpřesnější předpokládaný tvar asteroidu na svém počítači zpracoval: http://asteroidsathome.net/cs/scientific_results.html.

Vstupní data se předzpracovávají na AÚ UK. Do projektu pak vstupují pro každý fotometrický bod údaje o jasnosti, čase a geometrii pozorování. Ze vstupních dat se automaticky před vložením do projektu vyřazují extrémní hodnoty, které nesmyslně vybočují z ostatních hodnot. Ty mohou vznikat systematickými chybami na straně pozorovatele, rozptylem světla v atmosféře, nebo špatným přepočtem světelných hodnot z různých pozorovacích filtrů. Chybu v podobě hodnoty blízké ostatním hodnotám se bohužel na vstupu odhalit nepodaří. Pokud jich je jen několik málo, jednoznačně vyplynou z předpokládané periody nejpravděpodobnějšího modelu, jelikož třeba souhlasí pro 199 měření z 200 a ten jeden fotometrický bod úplně vybočuje. Pokud je chyb více, je to už v podstatě neodstranitelný problém. U takovýchto objektů si pak musíme počkat na novější řídká fotometrická data, která již budou přesnější.

Prozatím máme velký problém se vstupními daty, respektive s jejich kvalitou. Některá fotometrická data jsou desítky let stará a až hledání modelu odhalí, že obsahují mnoho šumu (nepřesností) a systematických chyb. Současný poměr úspěšnosti modelování na projektu je jen několik jednoznačných modelů ze sta zpracovaných objektů. S přibývajícími kvalitními daty z Pan-STARRS a posléze dalších projektů se ale úspěšnost rapidně zlepší. Zároveň bude docházet i k postupnému upřesnění již zpracovaných výsledků a novému zpracování na základě rozšířeného počtu fotometrických bodů.

Fotky z pracovní schůzky na UK. Autor: Czech National Team.
Fotky z pracovní schůzky na UK.
Autor: Czech National Team.
Neúspěšná data se na clusteru UK ale ještě dále zkoumají, i když už s mnohem menší počítačovou náročností. Spousta výsledků je ihned nevalidní pro to, že má z jedné zkoumané sady měření několik různých modelů (mají různé tvary, periody, i póly) s obdobným fitem, což je jako jednoznačný výsledek zkoumání nepřípustné. Bez dalších informací nelze rozhodnout, který z nich je správný, ovšem u některých objektů takovéto doplňující informace známe. Například z mnoha dlouhodobých pozorování konkrétních objektů astronomy z celého světa známe dobu rotace velkého množství těles nebo máme snímky ze zákrytových pozorování. Po zahrnutí těchto doplňujících informací může při následném fitování dojít k odhalení pouze jednoho kvalitního z několika vyhodnocených modelů. Jak bylo i výše uvedeno, velkou pomocí by bylo v tomto ohledu zahrnout do samotného modelování na projektu i data z infračerveného spektra. Snad se brzy najde dostatek zájemců o zpracovávání dat na projektu a bude možné i tato data při modelování využít.

Výsledné kvalitní modely této metody již byly v minulosti porovnávány s výsledky např. radioastronomie nebo jiných pozorovacích metod. Srovnání dopadlo velice pozitivně. Výsledné modely dobře charakterizují globální tvar planetky (i když nejsou schopny zobrazit úplné detaily), přesně určují periodu rotace a rotační osu určí s maximální odchylkou 20°.

Co nám přinesou výsledky?

Fotky z pracovní schůzky na UK. Autor: Czech National Team.
Fotky z pracovní schůzky na UK.
Autor: Czech National Team.
Při dostatečném množství kvalitních vstupních dat očekáváme odvození modelů pro desítky tisíc planetek. Tento počet dramaticky změní náš pohled na populaci malých těles Sluneční soustavy. Modelování asteroidů přispěje k lepšímu pochopení dynamiky a fyzikálních vlastností těchto těles, což je důležité, protože asteroidy jsou pozůstatky z období formování Sluneční soustavy. Jejich studiem můžeme získat jednak poznatky o tom, jaký vesmír kolem nás byl před několika miliardami let, ale také o tom, co nás čeká v budoucnu. Například i výzkum výše uvedeného Jarkovského efektu a jeho vliv na výpočet budoucí dráhy tělesa, vychází hlavně z polohy rotační osy, rotační periody a tvaru objektu, tedy všech tří parametrů, které nám projekt Asteroids@home pomáhá odhalit.

Bohužel část asteroidů vidíme převážnou většinu času pod malým fázovým úhlem (Slunce-Země- planetka) a pro takto omezenou geometrii použitá metoda nefunguje. To stejné platí pro většinu planetek v oblasti za Hlavním pásem asteroidů. Není tedy důležitá ani tak velikost nebo vzdálenost planetky, ale hlavně její poloha a oběžná dráha. Samozřejmě ale díky plánovaným novým dostupným technologiím bude možné zpracovávat větší množství menších těles než dosud. Zároveň budou vstupní data přesnější a tím pádem i stoupne pravděpodobnost nacházení skutečných fitujících modelů.

Dnes známe více než 400 000 planetek, ale pouze u 3500 je známá perioda, u 300 známe tvar a 10 bylo vyfotografováno sondami. Domníváme se, že asteroidy v sobě skrývají odpovědi na otázky, jak vznikla naše Sluneční soustava, jak vznikaly základní stavební prvky planet a jak planety migrovaly. Právě zmiňované prohlídky oblohy systémy Pan-STARRS a LSST by měly objevit velké množství nových těles nejen v Hlavním pásu asteroidů, ale i hluboko za ním. Díky novým poznatkům a modelování bychom mohli lépe pochopit i přesný původ jednotlivých pásů asteroidů a zmapovat jejich pohyby. Zároveň nám to umožní mnohem lépe předpovídat chování asteroidů v budoucnu, zpřesnit jejich předpokládané dráhy a pochopit, jak nejlépe odvrátit případnou srážku se Zemí.

Abychom si tedy nebezpečnost asteroidů (respektive komet) a možnost nečekaného vynoření tělesa hrozícího srážkou se Zemí shrnuli – může se to v budoucnu stát a už se to i v historii Země mnohokrát stalo. V současné době asteroidy teprve začínáme poznávat a máme se o nich hodně co učit. Dokážeme vypočítat trajektorii objektů, které včas objevíme a dokážeme je pozorovat. Musí být ale na vhodném místě k pozorování, což je vzhledem k soustředění objektů v rovině ekliptiky problém. O tom svědčí i poslední patnáctimetrový objekt, který unikl naší pozornosti a jehož části bez varování dopadly v okolí více než milionového města Čeljabinsk. Objekt takové velikosti je pro nás v současnosti velice malý na včasné varování. Nízká odrazivost těchto těles nám v pozorování také moc nepomáhá. Mnohem větší šance je v případě, kdy v malé vzdálenosti proletí kolem Země a až při svém návratu by hrozil jeho dopad na povrch. I v takovém případě je ale přesný výpočet jeho další dráhy velice složitý a potřebujeme k němu tu nejlepší techniku a vhodné pozorovací podmínky. Jednak se jeho přiblížením ke Slunci změní vlivem Jarkovského efektu jeho dráha, vlivem YORP efektu rychlost rotace, ztratí část své hmotnosti a záleží jen na složení tělesa, jak se změní jeho tvar, tedy i další vlastnosti. Do toho musíme započítat gravitační působení planet, ke kterým se přiblíží, Slunce i možnost srážky s dalšími tělesy.

Čím více ale asteroidy poznáváme, tím lépe můžeme předpovídat jejich chování a s tím větším předstihem se můžeme připravit na případnou hrozbu. Její odvrácení nechme vědcům, kteří jistě mají v hlavách hned několik variant obrany. S poznáváním vesmíru v oblasti asteroidů jim ale může pomoci každý z nás doma (nebo v práci) na svém osobním počítači, prostřednictvím projektu Asteroids@home. O to zajímavější je jistě tento projekt tím, že jako první u nás v republice využívá prostřednictvím distribuovaného systému BOINC jinak nevyužitý výkon běžných domácích počítačů. Do obdobných vědeckých projektů jsou na světě zapojeny miliony počítačů, včetně počítačů více než 32 000 dobrovolníků z České republiky. Prostřednictvím projektu Asteroids@home může tento obrovský výkon přestat proudit jen do zahraničních projektů, ale můžeme pomoci i projektu domácímu. Třeba se brzy každý z nás dočká alespoň jednoho svého vymodelovaného asteroidu, čeká jich na nás na obloze opravdu spousta.

Doporučené a související odkazy:
[1] Důležitá data projektu Asteroids@home
[2] Návod pro instalaci BOINC Managera
[3] Připojte se k Czech National Team
[4] Další důležité odkazy k projektu Czech National Team


Autor: Dušan Vykouřil (forest)

Korektoři:
Mgr. Josef Ďurech, Ph.D.
Mgr. Petr Scheirich, Ph.D.
Jaroslav Mikšovský
Vít Kliber
Radim Vančo
Ondřej Hájek

Všechny díly:




O autorovi



39. vesmírný týden 2016

39. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 26. 9. do 2. 10. 2016. Měsíc bude v novu. Venuše, Mars a Saturn najdeme večer stále jen nízko nad obzorem. Neptun a Uran můžeme pozorovat celou noc. Na ranní obloze můžeme před svítáním pozorovat kužel zvířetníkového světla do něhož před východem Slunce stoupá planeta Merkur a bude zde také srpek Měsíce.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Pradědovy Perseidy 2016

Píše se rok 258, 10. srpen. Na rošt nad horké uhlí je položen správce chrámové pokladny před několika dny popraveného papeže Sixta II a je opékán zaživa. Po chvíli volá: „Z jedné strany jsem již opečený, pokud mě chcete mít dobře udělaného, je čas mě otočit na druhou stranu.“ Toto utrpení podstoupil

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Mesic

Mesic

Další informace »