Contexto

Este otoño, la misión Lucy de la NASA iniciará su viaje de 12 años para investigar un récord de ocho asteroides en la primera misión de la historia a los asteroides troyanos, una población de pequeños cuerpos que guían y siguen a Júpiter en su órbita alrededor del Sol. Muchos asteroides (especialmente los pequeños) tienen formas interesantes e irregulares. Pero como estos asteroides son pequeños (menos de 100 millas o 160 km de ancho) y muy lejanos (cientos de millones de millas o kilómetros) aparecen como puntos de luz no resueltos, incluso cuando se ven con nuestros mayores telescopios basados en la Tierra y en órbita terrestre. Por consiguiente, no sabremos con certeza el aspecto de estos asteroides hasta que la nave espacial Lucy pase por delante de estos enigmáticos cuerpos en 2027-2033. Sin embargo, eso no nos impedirá trabajar para recoger todas las pistas posibles sobre estos cuerpos hoy, desde aquí en la Tierra.

Una de las pocas maneras en que los científicos pueden tratar de estimar la forma de un asteroide desde una distancia extrema es observando su curva de luz, es decir, examinando el brillo del asteroide y cómo ese brillo cambia con el tiempo. Cuando un asteroide de forma irregular gira, la cantidad de luz que refleja cambia. Si se observa un asteroide durante el tiempo suficiente, los cambios de brillo se repiten, y esa curva de luz repetida puede ayudar a los científicos a determinar su velocidad de rotación y su forma. Y si se observa el asteroide aún más tiempo, la curva de luz puede cambiar a medida que la Tierra y el asteroide orbitan alrededor del Sol, revelando cómo está orientado el asteroide en el espacio.

Sin embargo, la relación de una curva de luz con la forma del asteroide no es necesariamente única. Asteroides de formas diferentes podrían generar curvas de luz indistintas.

Objetivos

Tu reto es desarrollar una herramienta que permita a los usuarios explorar cómo la forma de un asteroide afecta a la apariencia de su curva de luz.

Ten en cuenta que muchos objetos celestes tienen curvas de luz; mientras investigas este tema puedes encontrarte con discusiones sobre curvas de luz de estrellas binarias, exoplanetas en tránsito y otros objetos estelares como supernovas. Este reto se centra en las curvas de luz (visibles) de los asteroides que son iluminados por la luz solar reflejada, no en los objetos autoluminosos.

Consideraciones potenciales

A la hora de desarrollar tu solución, puedes (pero no estás obligado a) tener en cuenta lo siguiente:

• Algunas definiciones útiles:
  • Curva de luz - Gráfico que muestra el brillo de un objeto a lo largo de un periodo de tiempo.
  • Modelo de forma - Un modelo 3D de un objeto (como un asteroide).
  • Fase de rotación - Un número (de cero a uno) que representa el ángulo en un patrón periódico.
• Hay una serie de propiedades que afectan a la apariencia de una curva de luz, incluyendo la tasa de rotación y el eje de rotación, la forma, la textura de la superficie y las variaciones en la reflectancia de la superficie (albedo). Es probable que sólo quieras considerar algunas de ellas como variables.
• Existen numerosos programas en línea (tanto de propiedad como de código abierto) que renderizan modelos de formas 3D y permiten iluminar los objetos con una fuente de luz definida. Los posibles términos de búsqueda son: Modelado 3D, renderizado 3D y trazado de rayos.
• Una forma de convertir una imagen resuelta de un modelo 3D en un punto para una curva de luz es renderizar una imagen resuelta y luego sumar el brillo de los píxeles de la imagen; sólo asegúrate de que sólo iluminas el objeto 3D desde una única dirección (a veces llamada luz "Sol") sin luz ambiental (es decir, sobre un fondo negro).
• Una reflectancia mate (lambertiana) es una buena suposición para la superficie de los asteroides. Si quieres utilizar un modelo más complejo, consulta los documentos de los recursos de ejemplo.
• Si no estás familiarizado con el software de modelado 3D, también puedes generar curvas de luz en el mundo real con un objeto, una fuente de luz y una cámara.