СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. МЕТЕОРНЫЕ РОИ И МЕТЕОРНЫЕ
ПОТОКИ........................... 8
1.1. Метеорные рои и их эволюция 8
1.2. Некоторые соотношения физической теории метеоров.................... 13
1.3. Основные характеристики структуры метеорного потока............... 21
1.4. Краткий обзор наземных методов наблюдений метеоров.................... 25
1.5. Визуальные наблюдения и их особенности............................ 30
ГЛАВА И. МЕТОД ОБРАБОТКИ ВИЗУАЛЬНЫХ
НАБЛ ЮДЕН ИЙ МЕТЕОРОВ.................. 38
2.1. Определение зенитного часового
числа метеоров......................... 38
2.2. Приведение наблюдаемою числа метеоров к фиксированной звездной величине 42
2.3. Исследование влияния других факторов на наблюдаемое число метеоров 52
2.4.Описание метода обработки визуальных наблюдений......................... 66
ГЛАВА III. СТРУКТУРА МЕТЕОРНЫХ ПОТОКОВ.. 72
3.1. Структура потока Геминид.......... 72
3.2.Структура потока Иерсеид........... 86
3.3. Персеиды в годы прохождения кометой Свифта-Туттля перигелия орбиты 91
2
3.4.Эволюция потока Персеид ио визуальным наблюдениям............................ 101
3.5. Периодический ноток Леонид 108
3.6. Эволюция потока Леонид за 130 лет
визуальных наблюдений.................. 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................ 123
ЛИТЕРАТУРА ........................................ 127
3
ВВЕДЕНИЕ
По современным представлениям родительскими телами метеорного вещества являются кометы и астероиды. Вследствие этого изучение пылевой составляющей имеет очень важное космогоническое значение, так как метеорные тела сохранили информацию о первичном веществе времен образования Сол нечной системы в отличие от планет и спутников, претерпевших в процессе аккумуляции и последующего разогрева радикальные минералогические изменения. Другой валшый аспект изучения комплекса метеорных тел - исследование его динамической эволюции. Эволюцию пылевой составл яющей можно проследить на примере изучения метеорных роев. Первым этапом решения этой задачи является наблюдение и определение структуры метеорных потоков и ее изменения с течением времени.
Все наши знания о метеорных потоках основаны на наблюдениях, которые проводят различными методами. Наиболее точными являются инструментальные методы (фотографический, радиолокационный, телевизионный и др.). Однако все они стали широко применяться только с середины нашего века. Вследствие тот, что каждый метод имеет свои ограничения, ни один из них не может претендовать на роль универсального.
Историчехки сложилось так, что первым и долгое время единственным методом наблюдения метеоров был визуальный. И в настоящее время под эгидой Международной Метеорной Организации проводятся широкомасштабные регулярные визуальные наблюдения всех главных и малых метеорных потоков. Для определения структуры метеорных потоков, скорости частиц которых превышают 50 км/с, визуальный метод является наиболее подходящим. К тому же, как показала практика, для наблюдения метеорных штормов, изучения метеорных потоков и подтверждения различных математических моделей роев визуальные наблюдения продолжают играть важную роль.
4
Для правильной интерпретации результатов наблюдений метеоров необходимо разработать метод их обработки, наиболее полно учитывающий селективность используемого метода регистрации метеоров. Однако существующие в настоящее время методы обработки визуальных наблюдений метеоров не обладают достаточной точностью в определении основных структурных характеристик потока, и требуют для их получения дополнительных данных об условиях наблюдений.
Нее выше сказанное определяет актуальность выбранной темы.
Целью диссертационной работы является создание метода обработки визуальных наблюдений метеорных потоков, его апробирование на примере потока Геминид и сравнение с радиолокационными наблюдениями, исследование с помощью разработанного метода структуры и эволюции высокоскоростных потоков Не рее ид и Леонид.
Научная новизна работы определяется следующим:
1. Разработан метод обработки визуальных наблюдений, отличающийся ог существующих повышенной точностью определения структурных характеристик, сравнимой с точностью радиолокационного метода. Учет субъективного фактора и погодных условий осуществляется непосредственно из наблюдений данного наблюдателя. При определении активности потока введена поправка за влияние лунного света.
2. Впервые но визуальным наблюдениям получены вариации профиля активности метеорных потоков вдоль орбиты Земли в зависимости от регистрируемой массы метеорных тел.
3. Впервые исследована эволюция метеорных потоков Персеид и Леонид на временном интервале 130 лет по визуальным наблюдениям, обработанным по единой методике для метеорных тел выше заданной регистрируемой массы.
Достоверность метода обработки визуальных наблюдений и полученных результатов проверялась путем сравнения их с радиолакацион-ными наблюдениями на примере хорошо изученного метеорного потока
5
Геминид. Структура потока Геминид, полученная с помощью разработанного метода по визуальным наблюдениям, полностью совпадает с результатами, полученными по радиолокационным наблюдениям.
Практическая значимость работы определяется тем, что создан метод обработки визуальных наблюдений, позволяющий получать структуру метеорных потоков с точностью, сравнимой с радиолокационным методом, а для высокоскоростных потоков, скорость частиц которых превышает 50 км/с, с более высокой точностью, чем радиометод. Данный метод позволяет переобработать опубликованные каталоги визуальных наблюдений прошлых лет и, таким образом, использовать длительные ряды наблюдений потоков для изучения их эволюции и подтверждения гой или иной математической модели роя. Данная работа показала возможность использования визуальных наблюдений для исследования эволюции и распределения метеорного вещества в Солнечной системе наравне с другими методами наблюдений.
На защиту выносятся:
1. Метод обработки визуальных наблюдений метеорных потоков и исследование его ошибок.
2. Структура метеорного потока Геминид но визуальным наблюдениям и сравнение ее с результатами, полученными по радиол ока н.ион-ным наблюдениям.
3. Структура и эволюция высокоскоростного метеорного потока Персеид по визуальным наблюдениям.
4. Структура и эволюция высокоскоростного метеорного потока Леонид по визуальным наблюдениям.
Основные положения и результаты диссертации докладывались на Международных конференциях ” Метеороиды” (Братислава, август 1994 г), ’’Общепланетарные проблемы исследования Земли” (Казань, ноябрь 1994 г), ’’Метеороиды” (Братислава, август 1998 г.), на XXVII международной студенческой научной конференции ’’Физика космо-
6
са” (Екатеринбург, февраль 1998), а также на итоговых конференциях Казанского университета.
По материалам диссертации опубликовано 6 научных статей.
Краткое содержание работы.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка используемой л итературы.
Во введении обоснована актуальность работы, ее цель, научная новизна, практическая ценность и достоверность полученных результатов. Формул иру юте я основные положения, выносимые на защиту. Дано краткое содержание работы.
В первой главе рассмотрены основные теории происхождения и этапы эволюции метеорных роев. Приведены основные положения физической и статистической теорий метеоров. Критически проанализированы наземные методы наблюдения метеоров.
Во второй главе изложен предлагаемый метод обработки визуальных наблюдений метеорных потоков. Исследованы его ошибки и проведено сравнение с другими методами определения структурных характеристик метеорных потоков по визуальным наблюдениям.
Третья глава посвящена анализу результатов обработки визуальных наблюдений метеорных потоков Геминид, Персеид и Леонид.
В заклюжнии приведены основные результаты и выводы диссертационной работы.
7
ГЛАВА 1. МЕТЕОРНЫЕ РОИ И МЕТЕОРНЫЕ ПОТОКИ
1.1. Метеорные рои и их эволюция
Наряду с планетами и их спутниками, астероидами и кометами в Солнечной системе имеется огромное количество твердых частиц, которые в совокупности образуют твердую составляющую межпланетной среды или комплекс метеорного вещества. Твердое тело, движущееся в межпланетном пространстве, размером меньше астероида и больше атома или молекулы, называют метеорным телом или метеороидом [22]. Вторгаясь в земную атмосферу, метеорное тело нагревается до нескольких тысяч градусов и начинает испаряться. Явление свечения и ионизации, сопровождающее вторжение в атмосферу Земли метеорного тела, называют метеором. Метеоры более яркие, чем Венера, принято называть болидами. Если метеороид имеет сравнительно большую массу и достаточную плотность, то, не успев полностью испариться в атмосфере, часть метеорного тела выпадает на поверхность Земли. Метеорное тело, достигшее поверхности Земли, называют метеоритом.
В метеорной астрономии принято весь комплекс метеорного вещества разделять на две составляющие: спорадическую и потоковую. Одиночные метеорные тела, движущиеся но случайным орбитам, называются спорадическими. Потоковые метеоры или метеорный поток - это совокупность метеорных тел с приблизительно одинаковыми орбитами, а при наблюдении в атмосфере Земли совокупность метеоров с приблизительно параллельными траекториями. Потоковые метеоры появляются из небольшой области или точки на небесной сфере, называемой радиантом, в которой продолженные назад траектории метеорных тел, то есть линии их движения в геоцентрической системе координат, пересекают небесную сферу.
Потоковые метеоры порождаются метеорными телами, иринадле-жащими определенному метеорному рою. Метеорный рой представля-
8
ет собой компактную группу метеорных тел, движущихся ПО общей 0]>-бите. При пересечении Землей орбиты метеорного роя в нисходящем или восходящем узле наблюдается метеорный поток, называемый, как. правило, по созвездию, в котором расположен радиант. Орбита метеорного тела, то есть линия его движения в гелиоцентрической системе координат, определяется следующими элементами: большая полуось а и эксцентриситет е характеризуют размер и форму орбиты, аргумент перигелия ги - ориентацию орбиты в ее плоскости, а долгота восходящего узла П и наклонение і - ориентацию орбиты в пространстве относительно плоскости эклиптики. Момент прохождения через перигелий для метеорных тел не имеет существенного значения и, как правило, в каталогах не приводится.
Процессы образования метеорного роя можно объяснить с помощью той или иной модели кометного ядра. В 1866 г. Дж.Скиапа ре л л и, вычислив орбиту метеорного потока Персеид, впервые отождествил ее с орбитой кометы 1862 III и разработал первую теорию образования метеорных роев в результате распада комет. Скиапарелли считал, что ядро кометы - скопление отдельных метеорных частиц, которые отделяются от шшетных ядер иод действием приливных сил. Начальная скорость движения метеорных частиц принималась равной нулю. Идея образования метеорных роев в результате выброса вещества из ядер комет впервые была высказана Ф. А. Бредихиным в 1877 г. [17]. В дальнейшем исследования в этой области проводили А.Д.Дубяго, С.ІЗ.Орлов, В.Ю.Левин и др. [23, 32, 37]. Общим в этих моделях было представление кометных ядер в виде конгломератов из отдельных твердых глыб, а движение метеорных тел нредполаіил ось с некоторой начальной скоростью. Причины же разрушения ядер рассматривались различные: гравитационные и механические силы, солнечное давление, тепловое воздействие.
Начиная с 50-х годов двадцатого столетия, появляются теории обра-
9
зования метеорных роев, в основе которых лежат новые представления о структуре и составе кометного ядра [45, 47, 110, 111, 112]. В соответствии с моделью Ф. Л .Уиппла ядро кометы состоит из конгломерата тугоплавких каменистых частиц, водяного льда и замороженных газов, главными из которых являются метан, аммиак и углекислота. При приближении ядра кометы к Солнцу твердые частицы выбрасываются из него потоками сублимирующих газов. Скорость выброса частиц зависит от радиуса частицы р (см), се плотности 6 (г/см3), расстояния кометы от Солнца г (а.е.) и радиуса ядра кометы 11с (км) следующим образом:
Выброс твердых частиц наиболее интенсивно происходит при наименьшем расстоянии кометы от Солнца - вблизи перигелия. Выброс частиц происходит во все стороны. Скорости выброшенных частиц складываются со скоростью ядра кометы. Частицы, выброшенные но направлению, обратному движению кометы, будут двигаться по орбитам с меньшим значением большой полуоси, чем ядро кометы; периоды их обращения вокруг Солнца короче и со временем они будут двигаться впереди ядра кометы. А частицы, выброшенные в противоиолоденую сторону, будут иметь большие периоды обращения и двигаться позади кометы [68]. Различия в периодах обращения частиц вокруг Солнца приводят к тому, что со временем частицы рассеиваются вдоль орбиты кометы, образуя замкнутый метеорный рой. В каталогах обычно приводят среднюю орбиту метеорного роя, несмотря на дисперсию элементов орбит метеорных частиц в рое. В настоящее время распад ко-метных ядер считается основным источником образования метеорных роев. Для многих наблюдаемых метеорных потоков установлены их предполагаемые родительские кометы.
На первой стадии эволюции роя вследствие того, что дисперсия скоростей выброса невелика, вблизи кометы образуется компактное обла-
(1)
10
ко метеорных частиц, при встрече которого с Землей наблюдается метеорный дождь. Продолжительность активности потока может составлять от несколько часов до десятков минут, а время активности с большой точностью совпадает с долготой узла П орбиты родительской кометы. Периодичность повторения такого дождя совпадает с периодом обращения кометы вокруг Солнца [7].
На следующем этане эволюции дисперсия скоростей метеорных тел приводит к тому, что происходит медленное рассеивание метеороидов вдоль орбиты. Рой становится очень плоским и узким в перигелии и широким в афелии. При прохождении Земли через такой рой наблюдается метеорный поток небольшой продолжительности с компактной площадью радиации. Примером является метеорный поток Лирид. Метеорные рои, находящиеся на данных двух стадиях эволюции, принято считать молодыми роями. Далее рой утолщается и становится довольно широким, период активности потока довольно продолжительным - порядка недели и более, а радиант потока - диффузным [61].
Эволюция метеорного роя в большой степени определяется влиянием планет. При отсутствии тесных сближений метеороидов роя с планетами происходят вековые изменения долготы узла и аргумента перигелия его орбиты. В случае тесных сближений элементы орбиты метеорного тела испытывают существенные и случайные изменения, обусловленные геометрией встречи частиц роя и планеты, приводящие к стохастизащш орбит частиц роя [63]. Вследствие вековых планетных возмущений наблюдаются изменения момента максимума активности потока, совпадающие с изменениями значения П орбиты роя. Действие планетных возмущений на метеорный рой в течение длительного времени приводит к очень сложной пространственной форме области, занимаемой телами метеорного роя, ограниченной некоторой сложной поверхностью [49]. Следствием такой сложной пространственной структуры является множественность метеорных потоков, поро-
11
- Київ+380960830922