ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ........................................................5
ГЛАВА 1. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ БОЛИДОВ ........................................36
1.1. Фотографические наблюдения метеоров и их обработка.......36
1.2. Фотографические болидные сети ...........................43
1.3. Фотографические наблюдения болидов с помощью
камер всего неба.........................................52
1.3.1. Астрометрическая редукция болидных снимков........54
1.3.2. Фотометрическая редукция и наблюдаемые
кривые блеска болидов................................63
1.3.3. ПЗС наблюдения болидов ...........................68
1.4. Результаты наблюдений болидной сети Таджикистана.........71
1.5. Наблюдения активности метеорного потока Леонид
в 2009 г. болидной сетью Таджикистана ...................80
1.5.1. Наблюдательный материал ..........................81
1.5.2. Атмосферные траектории............................82
1.5.3. Фотографические высоты начала и конца
видимой траектории болидов ..........................83
1.5.4. Радианты и гелиоцентрические орбиты болидов ......88
1.5.5. Кривые блеска болидов ............................92
1.5.6. Физические характеристики метеороидов Леонид .....96
1.6. Фрагменты околоземного астероида 2004МВ6 ................97
1.6.1. Наблюдательный материал и поиск похожих болидов 98
1.6.2. Поиск родительского тела группы метсоритообразующих болидов .............................100
Основные выводы по главе 1 ...................................106
ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТЕОРОИДОВ ..................110
2.1. Методы определения плотности метеороидов.................110
2.2. Квазинепрерывное дробление метеороидов...................114
2.3. Определение минералогической плотности метеороидов.......117
2.4. Результаты определения объемной плотности и пористости...124
2.5. Аномальный метеороид метеорного потока Леонид............131
2.6. Результаты фотометрии болида метеорного потока
Южные Тауриды ............................................136
2.7. Фотометрическое исследование болида а Каприкорнид........140
2.7.1. Атмосферная траектория и орбита....................140
2.7.2. Масса и плотность метеороида.......................141
2.7.3. Вспышки болида ....................................144
2.8. Распределение метеороидов по динамическому и
физическому критериям ....................................147
Основные выводы по главе 2 ...................................151
ГЛАВА 3. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
БОЛИДОВ .....................................................155
3.1. Состояние и задачи исследования спектров метеоров........155
3.2. Метод определения поверхностной и объемной концентрации
ионов кальция и температуры возбуждения в метеорной коме .157
3.3. Результаты определения поверхностной и объемной концентрации ионов кальция, и температуры возбуждения в метеорной коме ....162
3.4. Определение объемной плотности свободных электронов
в метеорной коме..........................................173
3.5. Исследование спектров болидов Леонид по наблюдениям активности потока в 2009 г....................................180
Основные выводы по главе 3 ...................................185
ГЛАВА 4. СВЯЗЬ МЕТЕОРНЫХ ПОТОКОВ С ОКОЛОЗЕМНЫМИ
ОБЪЕКТАМИ....................................................188
4.1. Астероиды, сближающиеся с Землей, и их классификация ....188
4.1.1. Критерии разделения орбит околоземных объектов
на кометные и астероидные ...........................191
4.2. Реальные астероиды и угасшие ядра комет в популяции околоземных объектов..........................................194
4.3. Образование метсороидных роев из комет и факторы, определяющие эволюцию метсороидных роев.......................197
4.3.1. Динамика метеороидных роев: их возраст и эволюция 200
4.4. Концепция и методика выявления угасших ядер комет среди астероидов, сближающихся с Землей ............................203
4.5. Методы для вычисления вековых изменений элементов
орбит малых тел Солнечной системы ........................205
4.5.1. Метод Альфана-Горячева.............................205
4.5.2. Метод Эверхарта ...................................207
4.6. Результаты установления связи метеорных потоков с околоземными объектами .......................................208
4.6.1. Определение численности угасших ядер комет в популяции АСЗ, открытых до 1.01. 2005 г...................208
4.6.2. Семейство астероидов кометного происхождения
в метеороидном рое Таурид.............................210
4.6.3. Астероиды, сближающиеся с Землей, среди метеороидного роя Писцид..................................227
4.6.4. Астероиды, сближающиеся с Землей, среди метеороидного роя I Акварид ..............................240
4.6.5. Астероид 2003ЕН1, сближающийся с Землей,
и его родственные метеорные потоки....................252
Основные выводы по главе 4 ...................................271
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................275
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ...............................................283
ПРИЛОЖЕНИЕ ......................................................313
Таблица 1.4. Параметры атмосферных траекторий болидов.........313
Таблица 1.5. Радианты и гелиоцентрические орбиты болидов .....337
Таблица 1.6. Наблюдаемые кривые блеска болидов ...............358
4
ВВЕДЕНИЕ
Диссертационная работа посвящена исследованию динамических характеристик болидов и физических свойств вещества метеороидов и генетической связи метеороидов с околоземными объектами. Для получения новых важных данных по траекториям, орбитам, массам и свечению крупных болидообразующих метеороидов, вторгающихся в земную атмосферу, создана болидная сеть и проведены систематические фотографические, в том числе и ПЗС, наблюдения болидов в течение пятилетнего цикла. Определение плотности метеороидов проведено на основе теории квазинепрерывного дробления метеороидов. С использованием разработанной нами методики выполнен количественный анализ спектров болидов. Основой для установления доли угасших ядер комет среди астероидов, сближающихся с Землей, а также для выявления новых метеороидных комплексов явилась теория образования и эволюции метеороидных роев, разработанная в Институте астрофизики АН РТ. Проведен масштабный поиск связи между астероидами, сближающимися с Землей, метеорными потоками и метероидными роями с использованием орбит 181 АСЗ, движущихся по кометоподобным орбитам, на основе вычислений эволюции орбит с использованием различных численных методов, таких, как метод Гаусса-Альфана-Горячева и метод Эверхарта.
Объектом исследования являются околоземные объекты (030), включающие реальные астероиды, угасшие ядра комет и метеороидные рои, а также метеороиды, метеорные потоки и болиды.
Все твердые каменные или металлические тела межпланетного пространства с размерами больше, чем пылевые частицы и меньше, чем астероиды, отличающиеся физико-химическими свойствами и происхождением, называются метеороидами.
Огромное множество метеороидов, имеющих общее происхождение, т.е. отделившихся от одного и того же родительского тела - кометы или
5
астероида и движущихся по близким гелиоцентрическим орбитам родительского тела, образуют метеороидный рой. Метеороидные рои наряду с кометами и астероидами составляют важную популяцию малых тел Солнечной системы. При пересечении метеороидного роя с Землей наблюдается метеорный поток - явление в земной атмосфере, изучаемое наземными наблюдателями используя оптическую или радиолокационную технику. При вторжении в земную атмосферу достаточно крупные метеороиды порождают яркие метеоры, ярче Венеры (-4 1гщ), называемые болидами, сопровождающимися изредка выпадением на поверхность Земли метеоритов.
Астероидом, сближающимся с Землей (АСЗ), называется малая планета, движущаяся по орбите, которая под воздействием вековых возмущений может пересечь орбиту Земли.
Согласно имеющимся данным, касающихся АСЗ, они могут происходить или из главного пояса астероидов, или быть угасшими кометами. Основным механизмом, перемещающим астероиды из главного пояса, является гравитационный резонанс с планетами, в особенности с Юпитером. По составу такие астероиды являются каменными или железными телами.
Другую часть популяции АСЗ составляют “потухшие” или “спящие” кометные ядра. Эти АСЗ представляют собой конечное состояние нормальных кометных ядер после многократного прохождения через перигелий, в результате чего они покрываются толстой коркой, предотвращающей дальнейшую сублимацию подкорковых льдов. Любой АСЗ, образованный таким образом, содержит значительное количество летучих примесей и имеет очень слабую структуру. Угасшие ядра комет выглядят внешне как астероиды, и отличить их от реальных астероидов весьма трудно.
6
Актуальность темы.
Падение космических тел на Землю представляет большой интерес, как в астрономии, так и с общей естественнонаучной точки зрения. Столкновения с крупными телами влияли на образование и эволюцию планет, включая Землю и ее атмосферу. Астероиды, кометы и болидообразующие метеороиды крупных размеров могут значительно разрушить биосферу или принести глобальные катастрофы на Землю. Потенциальная астероидно-кометная опасность, угрожающая человечеству, осознается все больше и больше с углублением наших знаний. Поэтому в Европе и США созданы и действуют национальные программы астрономических наблюдений и каталогизации потенциально опасных естественных и техногенных космических объектов, которые могут тесно сблизиться с Землей и пересечь ес орбиту. В России также развертывается формирование государственной программы противодействия комическим угрозам как естественного, так и техногенного происхождения.
Реальную опасность для людей представляют объекты, имеющие диаметры, начиная с нескольких декаметров. Тело такого размера произвело Тунгусское событие в 1908 г. Астероид, сближающийся с Землей, Апофиз диаметром почти 350 м - один из известных объектов, который будет иметь очень тесное сближение с Землей в 2029 г.
Родительскими телами метеороидов, порождающих болиды, являются кометы и астероиды, которые представляют совершенно различную опасность для Земли, так как кометы взрываются в земной атмосфере, а астероиды могут соударяться с поверхностью Земли. Вследствие того, что для наблюдателя из-за внешней схожести отличить потухшие кометы от реальных астероидов практически невозможно, то одной из возможностей различения является исследование их осколков, которые вторгаются в земную атмосферу и порождают болиды. Болидообразующие метеороиды, вторгающиеся в земную атмосферу,
7
содержат в себе огромную информацию о составе, природе, орбитах, как малых, так и крупных космических тел. Наблюдения и их обработка служат для расшифровки этой информации. Болидные сети являются наилучшим и самым мощным средством регистрации таких тел, т.к. позволяют, во-первых, получить точные данные об их траекториях и орбитах, и, во-вторых, единственным средством получения данных о падении метеоритов.
Наряду с чисто научной ценностью, новые данные о физике и динамике болидов и порождающих их метеороидах имеют и важное прикладное значение, так как детальная информация об околоземной метеороидной среде крайне необходима для защиты космических кораблей. При решении проблемы предотвращения астероидной опасности важно знать прочность и структуру метеороидов, вторгающихся в земную атмосферу.
Возрастающий научный интерес, который сегодня проявляется к кометам и астероидам и продуктам их разрушения - метеороидам, также вызван тем, что, согласно современным представлениям кометы и астероиды являются реликтами того вещества, из которого 4.5 млрд. лет назад образовались планеты Солнечной системы. Благодаря их малым массам состав и физико-химические свойства малых тел остались почти такими же, как и при образовании планетной системы. Под действием силы тяжести, внутреннего тепла и химических реакций вещество больших тел - планет и Луны со временем сильно изменилось. Вещество же комет, астероидов и метеороидов сохранилось в первоначальном виде. Поэтому малые тела содержат важную информацию об условиях, которые существовали в начальной стадии формирования Солнечной системы и, в частности, Земли, на которой затем зародилась жизнь и образовалась развитая цивилизация.
Так как метеороиды являются продуктами распада кометных ядер и астероидов, то исследование их орбит и физических характеристик
8
различными методами важно для понимания особенностей их родительских тел. Плотности относятся к одним из наиболее важных физических характеристик метеороидов. До настоящего времени широко распространено мнение, что метеороиды имеют низкую плотность в пределах от 0.1 до 1 г см'3 (Бронштэн 1981). Исходя из наблюдательных данных о высотах метеоров и болидов, порождаемых метеороидами в широком диапазоне масс от 10’4 г до 10х г, Цеплеха (1977) пришел к заключению, что по структуре и составу метеороиды образуют четыре главные группы, характеризующиеся средними плотностями, соответственно 3.7; 2.1; 0.75 и 0.4 г см’3.
Различие между оценками метеороидных плотностей разными авторами может быть объяснено не только различиями в использованных методах, но также и не учетом дробления.
Дробление метеороидов в атмосфере Земли зарегистрировано как визуальными, так и фотографическими наблюдениями метеоров особенно на основе метода мгновенной экспозиции (5.6 х 10*4 с), показывающего это явление наиболее четко и полно (Бабаджанов, Крамер 1968). Было показано (Левин 1963; Лебединец 1980; Бронштэн 1981; Сер1есЬа, МсСгоэку 1992; Сер1есИа е1 а1. 1993), что пренебрежение дроблением в интерпретации метеорных наблюдений может привести к ошибочным результатам. Различие между данными разных методов определения метеороидных плотностей обусловило необходимость улучшения физической теории метеоров, учитывая дробление метеороидов в земной атмосфере (Лебединец 1980; Новиков и др. 1984; Бабаджанов и др. 1988; Сер1есЬа, МсСгоБку 1992; Сер1есЬа е1 а1. 1993; ВаЬасЬДапоу 2002).
Среди известных форм дробления метеороидов в атмосфере, наиболее распространенным является квазинепрерывное дробление, о чем свидетельствуют как результаты фотографических наблюдений метеоров, так и результаты лабораторных экспериментов.
9
Оценки плотности метеороидов с учетом квазинепрерывного дробления были произведены Новиковым и др. (1984, 1996), Лебединцом (1987а, 19876) и другими, но главным недостатком этих работ является то, что при определении метеороидных плотностей не учитывается поведение кривых блеска метеоров, которые, как зеркало, отражают особенности породивших их метеороидов, и могут служить основой для проверки достоверности полученных результатов.
Базисные фотографические наблюдения метеоров позволяют детально изучить процессы дезинтеграции метеороидов в атмосфере Земли. В работе по имеющимся фотографическим наблюдениям метеоров в Душанбе, Киеве и Одессе, на основе кривых блеска метеоров и с учетом квазинепрерывного дробления определены плотности и пористость метеороидов, принадлежащих различным метеорным потокам и спорадическому фону.
Спектральные исследования позволяют определять химический состав и количественное содержание элементов в метеороидах и, следовательно, анализировать состав их родительских тел.
Изучение физической природы, динамической эволюции и происхождения астероидов, сближающихся с Землей, является важным как с научной точки зрения, так и потому, что они представляют потенциальную опасность для биосферы и человечества, т.к. они могут пересечь орбиту Земли. Как уже отмечалось, АСЗ могут происходить или из главного пояса астероидов, или быть угасшими кометами. Существование астероидов, отождествленных с “потухшими” или “спящими” кометами (2060 Хирон = 95Р/Хирон, 4015 (1979УА) = 107Р/Вилсон-Харришток, 1986ТБ = 119Р/Паркер-Хартли) действительно подтверждает кометное происхождение части астероидов, пересекающих орбиту Земли.
Как эффекты столкновения, так и любая смягчающая стратегия, которая может быть внедрена, критически зависят от состава объекта.
10
Крепкий каменный или металлический объект такой, как астероид, очень глубоко проникнет в атмосферу, при этом наименее вероятно, что он будет разрушен в результате торможения и, скорее всего, достигнет поверхности Земли. В то же время ледяное тело, коим является “высохшее” кометное ядро, вероятно, взорвется в верхних слоях атмосферы, т.е. произведет явление подобное Тунгусскому. Таким образом, астероиды, сближающиеся с Землей, как из первого, так и из второго источников представляют опасность для Земли, хотя и по-разному из-за сильных различий по составу.
На основе наземных наблюдений АСЗ трудно различить астероиды, имеющие различное происхождение. Поэтому очень важно использовать дополнительный критерий, который поможет нам определить природу отдельных астероидов и идентифицировать их как “мертвые” кометные ядра, а также определить их долю в популяции астероидов. Один из таких критериев, разработанный в Институте астрофизики АН РТ (ВаЬабгИапоу, ОЬшЬоу 1992; ВаЬабгИапоу 2001, 2003), полагает, что те АСЗ являются угасшими ядрами комет, которые двигаются по кометоподобным орбитам и имеют родственные метеороидные рои, образованные в период их кометной активности, порождающих ныне метеорные потоки. Существование метеорных потоков, связанных с некоторыми АСЗ, является свидетельством того, что такие астероиды имеют кометное происхождение, т.е. являются “потухшими” ядрами комет (Б1ее1 Щ а1. 1991; ВаЬабгЬапоу, ОЬгиЬоу 1992; ВаЬас^Иапоу 2001, 2003; ЗепшБкепь 2004).
Метеорный поток может порождаться только тем метеороидным роем, который пересекает орбиту Земли. Поэтому поиск высохших комет, посредством использования ассоциированных метеорных потоков, имеет смысл, когда проводится среди популяции АСЗ. В настоящее время численность АСЗ насчитывает более восьми тысяч и количество вновь открываемых АСЗ увеличивается очень быстро. К настоящему времени
только для очень немногих астероидов показано, что они имеют связанные с ними метеорные потоки, наиболее известными являются связь астероида 3200 Фаэтон и метеорного потока Геминид, и связь астероидов комплекса Таурид с около 40 наблюдаемыми метеорными потоками (ВаЬабгЬапоу, ОЬгиЬоу 1992; ВаЬабгИапоу 2001, 2003).
Под возмущающим действием притяжения больших планет и негравитационных сил, орбиты астероидов, комет и метеороидов непрерывно изменяются. Так как продолжительность жизни метеороидных роев значительна, то в течение этого времени начальные малые отличия в орбитальных элементах орбит комет и метеороидов могут увеличиваться существенно (Бабаджанов, Обрубов 1991; \Villiams 2000, 2000а). Этот факт крайне затрудняет установление связи между метеороидами и их родительскими телами или даже делает это невозможным без исследования эволюции орбит и использования известных методов небесной механики. Поиск связи между АСЗ и метеорными потоками предпринимался неоднократно, но эволюция орбиты каждого из них, в общем, не рассматривалась, а если и рассматривалась, то применялись простые интегралы движения задачи трех тел.
В работе приведены результаты глобального поиска связи между астероидами, пересекающими орбиту Земли, метеорными потоками и метероидными роями с использованием орбит 181 АСЗ, движущихся по кометоподобным орбитам, и с вычислением эволюции орбит с использованием различных численных методов, таких, как метод Гаусса-Лльфаиа-Горячева и метод Эверхарта. Результаты исследований имеют фундаментальное значение. Они прольют свет на некоторые интересные вопросы космогонии Солнечной системы, такие как происхождение АСЗ и их взаимосвязь с кометами, и понимание деталей перехода кометных ядер из активной к пассивной фазе и наоборот.
12
Периодическая комета Мачхольца 1986 VIII представляет собой хорошо известный пример перехода “мертвой” кометы обратно в активную фазу. Реактивация ее ядра в 1986 г. выявила вероятное родительское тело метеороидного роя, который порождает несколько метеорных потоков в земной атмосфере (Froeschle, Rickman 1993). Дженнискенс (2004а, Ь) нашел, что орбита АСЗ 2003ЕН1 весьма близка к орбите метеорного потока Квадрантид и 2003ЕН1, вероятно, является потухшим ядром кометы. Периодическая комета Энке связана почти с 12 метеорными потоками комплекса Таурид и, возможно, является примером кометы приближающейся к своему “высохшему” состоянию. Околоземной астероид 3200 Фаэтон не проявляет каких-либо признаков активности и, вероятно, представляет собой полностью “высохшее” кометное ядро. Его метеороидный рой образует четыре метеорных потока, включая Геминиды (Babadzhanov, Obrubov 1992). Образование пылевой корки на поверхности ядра периодической кометы Галлея наглядно видно по космическим наблюдениям. Эта комета является родительским телом двух метеорных потоков: г] Акварид и Орион ид.
Исследование взаимосвязи метеороидных потоков с АСЗ является важным не только для подтверждения или отрицания кометного происхождения АЗС, но также для получения важной информации об источниках АСЗ - кометах из внешних областей Солнечной системы и астероидах из главного пояса. Идентификация потухших кометных ядер позволит нам установить различия в физических данных по наблюдениям АСЗ различного происхождения. Результаты выполненных исследований весьма необходимы для проведения наблюдений астероидов, сближающихся с Землей, космическими аппаратами.
Цели работы.
Основными целями диссертационной работы являются:
1. Получение новых данных о метеороидной обстановке в околоземном пространстве для крупных тел, порождающих болиды, и
13
новых наблюдательных данных об активности известных метеорных/болидных потоков. Создание каталога точных траекторий, гелиоцентрических орбит, физических параметров и наблюдаемых кривых блеска болидообразующих метеороидов по фотографическим наблюдениям.
2. Определение принадлежности сфотографированных болидов к известным метеорным и болидным потокам или к их ветвям.
3. Поиск околоземных объектов - комет и астероидов, которые могут быть генетически связаны с метеорными/болидными потоками и индивидуальными болидами.
4. Определение минералогической и объемной плотности, и пористости метеороидов на основе базисных фотографических наблюдений метеоров и современной физической теории метеоров.
5. Определение поверхностной и объемной концентрации ионов кальция и свободных электронов, а также температуры возбуждения в метеорной коме.
6. Выявление астероидов, сближающихся с Землей, которые связаны с метеороидными роями и, следовательно, метеорными потоками. Определить, имеет ли тот или иной астероид кометное происхождение, т.е. является ли он высохшим ядром кометы;
7. Показать новые взаимосвязи между астероидами, кометами, метеороидными роями и метеорными потоками.
Эти цели достигаются путем:
1. Организации в Таджикистане, впервые в Центральной Азии, болидной сети, состоящей из 5 пунктов, расположенных на взаимном расстоянии 53-184 км друг от друга и снабженных фотографическими болидными и цифровыми камерами с объективами типа «рыбий» глаз.
2. Проведения непрерывных фотографических наблюдений болидов, т.е. метеоров ярче -3 - -4 зв. величины, во все ясные безоблачные ночи.
14
3. Разработки и адаптации методик астрометрической и фотометрической редукции болидных снимков, а также методики астрометрической редукции цифровых изображений болидов.
4. Астрометрической редукции и вычисления основных параметров атмосферных траекторий, скоростей, радиантов и орбит болидов, сфотографированных хотя бы с 2-х пунктов.
5. Фотометрической редукции сфотографированных болидов и определения абсолютных звездных величин, кривых блеска, масс и физических параметров болидообразуюших метеороидов.
6. Отбора из основной базы данных орбит тех АСЗ, которые в результате вековых изменений пересекают земную орбиту, далее, вычислив для них существующие критерии разделения орбит на кометные и астероидальные, определения АСЗ, двигающихся по кометоподобным орбитам.
7. Исследования эволюции орбит АСЗ под возмущающим действием планет на интервале времени, охватывающем один цикл изменения аргумента перигелия орбит (±3-20 тысяч лет). Для АСЗ, испытывающих сильные резонансы, вычисления производятся по методу Эверхарта, для других АСЗ применен метод Гаусса-Альфана-Горячева вычисления вековых возмущений.
8. Определения теоретических элементов орбит вероятных метеорных потоков, связанных с АСЗ, вычисления теоретических геоцентрических радиантов и скоростей этих метеорных потоков.
9. Поиска наблюдаемых метеорных потоков и ассоциаций, которые имеют радианты, даты, скорости и орбиты, близкие к тем же параметрам теоретически предсказанных потоков, родственных с АСЗ, в каталогах наблюдаемых метеорных/болидных потоков и индивидуальных метеоров/болидов.
15
Основные результаты, выносимые на защиту
I. Новые методы получении информации о метеороидах:
1). Метод астрометрической редукции многостанционных болидных снимков, полученных с помощью солидной сети Таджикистана [Solar System Research. 2009, v.43, No.4,p.353-363], позволивший получить точные данные о траекториях, и гелиоцентрических орбитах 170 болидов.
2). Внедрение в практику болидных наблюдений цифровых камер “Nikon D2x” и “Nikon 0300", снабженных объективами Nikkor типа «рыбий глаз» (^=10.5 мм, D/^=l:2.8), позволивших получить новые наблюдательные данные [Известия АН РТ. Отделение (Ьиз-мат. хим., геол. и техн. наук. 2009, № 2 (135), с.46-55; Astronomy and Astrophysics, 2011, v. 533,p. All 5-A120].
3). Впервые в количественном анализе метеорных спектров применен метод спектрофотометрических исследований солнечных протуберанцев, позволивший изучить излучение метеорной комы в спектральных линиях дублета ионизованного кальция [Astronomy and Astrophysics. 2004. v. 424, № 1, p. 317-323; Advances in Space Research. 2007, v. 39, Issue 4, p.533-537].
II. Новые основные научные результаты, полученные с помощью вышеназванных методов и оборудования, с использованием наблюдений болидной сети в Таджикистане, а также теорий и концепций, разработанных в Институте астрофизики АН РТ:
1). В результате астрометрической и фотометрической редукции многостанционных фотографий 170 болидов, зарегистрированных болидной сетью Таджикистана в течение 2006-2011 гг., получены данные об атмосферных траекториях, координатах радиантов, скоростях, орбитах в межпланетном пространстве, кривых блеска, фотометрических массах, по эмпирическому РЕ критерию - плотностях и происхождении метеороидов, породивших болиды, а также определена принадлежность болидов к известным болидным и метеорным потокам. Все данные
16
оформлены в виде каталога, состоящего из трех таблиц, содержащих, соответственно, параметры атмосферных траекторий, радианты и гелиоцентрические орбиты, наблюдаемые кривые блеска. Полученные результаты заметно пополнят мировой банк данных болидов и необходимы для решения современных проблем астрономии, связанных с исследованием метеороидной обстановки в околоземном космическом пространстве, для выявления генетических связей между малыми телами Солнечной системы.
2). Результаты фотографических наблюдений болидной сетью метеорного потока Леонид в 2009 г., подтвердивших предсказанную повышенную активность потока [Astronomy and Astrophysics. 2011, v. 528, p. A94-A97; NASA Technical Report. NASA/CP-2011-216469, 2011, p.36-46; Astronomy and Astrophysics, 2011, v.533, p.A115-A120).
3). По результатам наблюдений болидной сети выявлен астероидный метеороидный рой, родительским телом которого является АСЗ 2004МВ6, а зарегистрированные нами болиды порождены его фрагментами [Вестник СибГАУ, 2011, Выпуск 6(39), с.91-94).
4). На основе данных о начальных высотах, внеатмосферных массах и скоростях, и зенитных расстояниях радиантов 501 метеороида, полученных по фотографическим наблюдениям метеоров в Душанбе, Киеве и Одессе (1957-1983 гг.) определены минералогические плотности этих метеороидов. С учетом теории квазинепрерывного дробления метеороидов проанализированы кривые блеска тех же 501 ярких метеоров и определены объемные плотности 236 метеороидов, испытывавших квазинепрерывное дробление. Одновременное определение минералогической и объемной плотности метеороидов по одним и тем же наблюдениям позволило впервые определить пористость метеороидов исследованных потоков и спорадического фона. Полученные значения подтверждают пористую структуру родительских тел метеороидов - комет и астероидов [Astronomy and Astrophysics. 2009, v. 495, Issue 1, p.353-358].
17
5). Результаты определения объемной концентрации ионов кальция и свободных электронов, а также температуры возбуждения в метеорной коме [Astronomy and Astrophysics. 2004, v. 424, N.9 1, p. 317-323; Advances in Space Research, 2007, v. 39, Issue 4, p. 533-537].
6). Результаты поиска метеорных потоков, связанных с астероидами, пересекающими орбиту Земли и движущимися по кометоподобным орбитам. Доказано, что из 2872 ЛСЗ групп Аполлона и Амура, открытых до 1.01.2005 г., 130 АСЗ или почти 5%, двигающиеся по кометоподобным орбитам, имеют родственные наблюдаемые метеорные потоки и, следовательно, в действительности являются угасшими ядрами комет [«Метеорные потоки астероидов, пересекающих орбиту Земли», Душанбе, «Дониш», 2009, 185 с.; Известия All РТ. Отд. физ.-мат., хим. и геол. наук, 2006, № 1-2 (124), с.25-48.].
7). Некоторые метеороидные рои, например, Тауриды, / Аквариды, Писциды, Скорпииды, состоят не только из мелких, но и крупных тел метровых и декаметровых размеров, являющихся угасшими ядрами комет или фрагментами более крупной кометы. Такие объекты представляют потенциальную опасность для космических миссий из-за возможных столкновений, а вторгаясь в земную атмосферу, они произведут ярчайшие болиды и суперболиды [Astronomy and Astrophysics. 2008а. v. 479, p. 249-255; Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2008b, v. 386, Issue 3, p. 1436-1442\ Astronomy and Astrophysics. 2009, v. 507, No.2, pp. 1067-1072; NASA Technical Report. 2011, NASA/CP-2011-216469, p. 14-18; Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2012, v.420, p. 2546-2550].
Научная новизна
Болидная сеть, созданная в Таджикистане с целью изучения болидов, является первой и единственной сетью в Центральной Азии. Организация болидной сети здесь важна и тем, что она расположена относительно Европейской болидной сети на расстоянии более 4-5 часов
18
по долготе. Данные наблюдений о болидных потоках, полученные на различных долготах, весьма важны для получения информации о структуре метеороидных роев, порождающих болидные потоки. Полученные новые результаты по болидам, сфотографированным в Таджикистане, существенно дополнят данные болидных сетей США, Канады, Европы и др.
Полученные впервые оценки плотности и пористости метеороидов по одним и тем же фотографическим наблюдениям метеоров находятся в хорошем соответствии с результатами лабораторных измерений пористости углистых и обыкновенных хондритов и межпланетных пылевых частиц и свидетельствуют, хотя и в разной степени, о пористой структуре их родительских тел.
Впервые в количественном анализе метеорных спектров применен метод, разработанный для спектрофотометрических исследований солнечных протуберанцев. Применение этого метода в количественном анализе метеорных спектров преодолевает одну из главных трудностей, связанную с учетом самопоглощения, которое является особенно значительным для спектральных линий дублета ионизованного кальция. Другим важным преимуществом этого метода является то, что он может применяться не только к дифракционным, но также и к призменным спектрам, отличающимся более низким спектральным разрешением. Результаты, полученные на основе использования метода, и их сравнение с результатами, полученными по другим методам, доказывают их достоверность и надежность.
На основе концепции образования и эволюции метеороидных роев, развитой в Институте астрофизики АН РТ, впервые определена доля высохших комет в популяции АСЗ в таком глобальном масштабе. Факт существования в метеороидных роях Писцид, I Акварид, Скорпиид крупных объектов - угасших ядер комет и являющихся составной частью этих роев установлен впервые.
19
Практическое значение
Всесторонне исследование физико-динамических особенностей АСЗ имеет не только фундаментальное значение для установления механизма их переброски из основного пояса в планетопересекающие орбиты и их генетической связи с кометами и метеороидами, но и важное прикладное значение как возможный источник металлов и других полезных ископаемых в околоземном пространстве в будущем. Так, согласно оценкам некоторых авторов (ReVelle, Ceplecha 1994) железный метеороид диаметром в 1 км при рудниковой разработке может быть источником полезных ископаемых, оцениваемым в триллионы долларов.
Результаты исследований важны для учета астероидно-метеороидной опасности для космических миссий, необходимы для решения проблемы астероидной опасности столкновения с Землей, а также помогут в постановках новых научных задач во время проведения наблюдений АСЗ космическими аппаратами.
Апробация
Основные результаты диссертационной работы докладывались на семинаре «Малые тела Солнечной системы» Института астрофизики АН РТ, а также на ряде республиканских и международных научных конференций. Среди них:
35 COSPAR Scientific Assembly, Франция, Париж, 2004 г.;
Международная научная конференция «Наблюдение околоземных космических объектов», Звенигород, Россия, 22-24 января 2008 г.;
Международная научная конференция “Bolides and Meteorite Falls”, Прага, Чехия 10-15 мая 2009 г.;
Международная научная конференция “Meteoroids 2010”, Брекенридж, Колорадо, США, 24-28 мая 2010 г.;
JEN AM 2011, European Week of Astronomy and Space Science, Санкт-Петербург, Россия, 4-8 июля 2011 г.;
20
Международная научная конференция «Околоземная астрономия 2011», Красноярск, Россия, 5-10 сентября 2011 г.
Различные аспекты работы, положенные в основу диссертации, прошли экспертизу и выполнялись по темам научных исследований Отдела метеорной астрономии Института астрофизики АН РТ. Они были поддержаны грантами Международного Научно-Технического Центра Т-1086 и Т-1629.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 302 работ и приложения, в котором приведен каталог, состоящий из трех таблиц. Общий объем диссертации 387 страниц, в том числе 71 рисунок и 53 таблицы.
Публикации
Основные научные результаты диссертации опубликованы в двух монографиях, 32 статьях и тезисах 16 докладов. Из общего числа статей 13 работ опубликованы (по NASA ADS) в реферируемых журналах, и 20 статей в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторской диссертации.
Личный вклад автора
Исследования, представленные в диссертации, выполнены автором как самостоятельно, так и в сотрудничестве с научным консультантом диссертации, с коллегами из Института астрофизики АН РТ, Астрономического института Академии наук Чехии, Астрономического отделения Лондонского университета.
В совместных публикациях в получении и обработке наблюдательного материала, вычислениях, анализе и интерпретации результатов автору принадлежит равный вклад наряду с соавторами.
Содержание работы
Во Введении даются краткие определения объектов исследования, обоснована актуальность темы, определены основные цели диссертации и
21
пути их достижений, сформулированы основные положения, вынесенные на защиту, кратко описано содержание работы.
Глава 1. Методика и результаты фотографических исследований болидов.
В п.1 Л. рассматриваются общепринятая методика фотографических наблюдений метеоров, а также методы астрометрической и фотометрической обработки фотографий метеоров и вычисления основных параметров атмосферной траектории, радианта, скорости, элементов орбиты, внеатмосферной массы и кривой блеска метеоров.
В п. 1.2. приведен подробный обзор работы фотографических болидных сетей и результатов, полученных благодаря наблюдениям, проведенным в рамках болидных сетей. Проанализирован текущий статус и перспектива развития болидных наблюдений.
В п. 1.3. описывается метод фотографических наблюдений болидов с помощью камер всего неба. С 2006 г. Институтом астрофизики Академии наук Республики Таджикистан проводятся систематические базисные (с двух пунктов) фотографические наблюдения болидов с помощью камер всего неба, снабженных объективами Цейс Дистагон типа «рыбий глаз» (/=30 мм, £)//=! :3.5), и цифровыми (ПЗС) камерами “ТНкоп 02Х” и “№коп 0300” также с объективами «рыбий глаз» МИског (/=10.5 мм, й// = 1:2.8). Одним из пунктов наблюдений является Гиссарская астрономическая обсерватория (ГисАО), а другим - высокогорная Международная астрономическая обсерватория Санглох (МАОС), расположенная на расстоянии 53.4 км от первого пункта.
В п.1.3.1, приведена методика астрометрической редукции болидных снимков, разработанная для Европейской болидной сети и адаптированная для созданной в Таджикистане болидной сети. В ней применяются эмпирические формулы преобразования измеренных координат в горизонтальные небесные координаты. Эти формулы содержат 12 неизвестных постоянных, подлежащих определению методом
22
наименьших квадратов и методом итерации. Даются результаты определения этих постоянных по измерениям негативов ГисЛО и Санглоха и показано, что с помощью данной методики астрометрической редукции полученного наблюдательного материала положение деталей изображения объекта определяется с точностью около 1 минуты дуги (0.05°), что является достаточно хорошим результатом для негативов такого масштаба.
В п. 1.3.2. излагается методика фотометрической редукции, базирующаяся на использовании зависимости измеренных ширин суточных следов звезд от их звездных величин, а также приведены некоторые результаты определения наблюдаемых кривых блеска болидов.
В п. 1.3.3. рассматривается методика ПЗС наблюдений болидов, разработанная и впервые внедренная в наблюдательную практику. Приведенные результаты исследования цифровых снимков болидов доказывают возможность использования такой аппаратуры в наблюдениях болидов, и астрометрическая редукция цифровых изображений показывает хорошую точность получаемых данных.
П. 1.4. посвящен результатам наблюдений болидной сети, созданной с целью получения новых данных о крупных телах, вторгающихся в земную атмосферу, в конце 2008 г. в Таджикистане. Ьолидная сеть состоит из 5 наблюдательных станций, снабженных таким же оборудованием, которое использовалось в наблюдениях с двух обсерваторий, именно, болидными камерами всего неба и цифровыми камерами с объективами типа «рыбий глаз». Взаимные расстояния между пунктами находятся в
пределах 53-184 км и охватываемая мониторингом площадь составляет
2 _
почти 11 тыс. км". Приведена программа работы болидной сети, количество наблюдений, объем полученного наблюдательного материала. В результате первичной обработки наблюдений (проявка, просмотр, систематизация, поиск базисных фотографий болидов и их отбор) выбраны многостанционные снимки 170 болидов для дальнейшей
23
обработки. В результате астрометрической и фотометрической редукции вычислены точные атмосферные траектории, координаты геоцентрических радиантов, скорости, торможения, орбитальные элементы болидов, определены кривые блеска и особенности свечения, а также внеатмосферные массы метеороидов, породивших эти 170 болидов. По эмпирическому РЕ критерию оценены плотности метеороидов и определено их происхождение - кометное или астероидальное. Определена принадлежность этих 170 болидов к известным метеорным и болидным потокам. Все перечисленные характеристики в виде каталога, состоящею из трех таблиц, приведены в Приложении.
Приведено распределение зарегистрированных болидов по максимальным абсолютным звездным величинам, из которого следует, что яркость основного количества болидов находится в интервале от -5 до - 8 звездных величин. Из распределения болидов по типам согласно РЕ критерию следует, что 62% болидообразующих метеороидов имеют кометное происхождение, а остальные 38% - астероидальное. Большая часть сфотографированных болидов принадлежит известным мстсорным/болидным потокам, а меньшая - спорадическому фону.
В и. 1.5. содержатся результаты наблюдения активности метеорного потока Леонид в 2009 г. болидной сетью Таджикистана.
В п. 1.5.1. описан полученный наблюдательный материал.
В п. 1.5.2. даются результаты определения атмосферных траекторий.
В п. 1.5.3. анализируются фотографические высоты начала и конца видимой траектории болидов и их зависимость от максимальных абсолютных звездных величин и масс.
В п. 1.5.4. приведет,1 результаты определения радиантов и гелиоцентрических орбит болидов. Суточное смещение радианта Леонид составляет Ла=0.78° и Л<5=-0.53°. Координаты среднего геоцентрического радианта, исправленные за суточное смещение и приведенные к долготе Солнца Ь0 =235.5°, составляют а=153.66°±0Л7° и <5=22.11°±0.31°.
24
Рассмотрены положения наблюденных радиантов и проведен сравнительный анализ с результатами, полученными, как по наблюдениям активности Леонид в предыдущие годы, так и с теоретически предсказанными.
В п. 1.5.5. даны наблюдаемые кривые блеска болидов и указаны их особенности.
В п.1.5.6. рассмотрены физические характеристики метеороидов Леонид - плотность и пористость. Отмечен первый случай регистрации метеороида Леонид классифицированного как метеороид I типа, подробный анализ которого содержится в Главе II, п.2.5.
В п. 1.6. аргументируется задача выявления возможных связей метеороидных роев с реальными астероидами, используя также результаты болидных наблюдений в Таджикистане, и приведены результаты исследования фрагментов астероида, сближающегося с Землей, 2004МВ6.
В п. 1.6.1. речь идет о наблюдательном материале и поиске похожих болидов. По результатам наблюдений болидной сети в 2009 г. выявлены два болида, которые, согласно их значениям доатмосферных скоростей и масс, конечных высот, принадлежности ко II болидной группе, имеющей астероидную природу, классифицируются как метеоритообразующие. Координаты радиантов и скорости данных болидов оказались схожими с радиантами и скоростями трех метеоритообразующих болидов, зарегистрированных Канадской болидной сетью. Показано, что согласно В$.н критерию, все пять объектов двигались по очень близким орбитам, следовательно, родственны между собой и, вероятно, принадлежат к одному и тому же метеороидному рою.
В п. 1.6.2. приведены результаты поиска родительского тела этой группы метеороидов, породивших болиды. Выявлено, что современная орбита АСЗ 2004МВ6 схожа с орбитами метеороидов. Исследование эволюции орбит 2004МВ6 и метеороида ТЖ70809А показало, что оба
25
объекта имеют совпадающие вековые изменения элементов орбит за один цикл изменения аргумента перигелия в течение 7000 лет. Несомненное родство 2004МВ6 и метеороида также подтверждает D критерий, значения которого не превышают величины 0.14 в течение всего времени.
Сделан вывод, что исследуемые метеоритообразующие болиды порождены фрагментами АСЗ 2004МВ6 и эти крупные тела являлись составной частью астероидного метеороидного роя, родительским телом которого является 2004МВ6.
В главе 2. изложены методы определения физических характеристик метеороидов, результаты, их анализ и интерпретация.
В п.2.1, рассмотрены известные методы определения плотности метеороидов и уже имеющиеся данные по плотности. Показана необходимость учета дробления метеороидов в атмосфере Земли при определении плотности.
В п.2.2. изложены основные положения теории квазинепрерывного дробления метеороидов в земной атмосфере, развитой в Институте астрофизики АН РТ.
В п.2.3. содержатся методика определения минералогической плотности метеороидов и полученные результаты с использованием данных фотографических наблюдений метеоров в Душанбе, Киеве и Одессе в 1957-1983 гг. (501 метеор). Показано, что значения этой характеристики для метеороидов, принадлежащих девяти потокам и спорадическому фону, находятся в интервале 2.2-3.4 г см'3 и хорошо согласуются с оценками других авторов. Исследована зависимость минералогических плотностей от начальных высот метеороидов различных потоков и отдельно для метеороидов Персеид и сделан вывод, что метеороиды с меньшей минералогической плотностью появляются на больших высотах. Рассмотрены случаи, когда типично кометные метеороиды имеют высокие значения плотности, характерные для тел астероидальной природы.
26
В п.2.4. приведены результаты определения объемной плотности на основе теории квазинеирерывного дробления и пористости на базе того же наблюдательного материала (п.2.3.). Анализ полученных нами результатов показывает, что наблюдаемые характеристики и кривые блеска 236 из 501 исследуемых ярких метеоров достаточно хорошо описываются теорией квазинепрерывного дробления. Это составляет 47% от общего количества исследованных метеоров. Оказалось, что самую большую объемную плотность 2.9 г см‘3 (среднее значение) имеют метеороиды Геминид. Напротив, самую низкую объемную плотность, равную 0.4 г см'3 (среднее значение), имеют метеороиды Леонид. Средняя объемная плотность метеороидов остальных восьми потоков заключена в пределах от 0.9 до 2.4 г см'3, а для спорадического фона равна 1.8 г см'3. Определение минералогических и объемных плотностей метеороидов по данным одних и тех же фотографических наблюдений метеоров позволило впервые определить их пористость. Результаты показывают, что пористость исследуемых поточных и спорадических метеороидов заключена в пределах от 0 до 83%. Наименьшую пористость имеют метеороиды потока Геминид, а наиболее пористыми (83%) являются метеороиды потока Леонид. Сравнительный анализ полученной нами впервые оценки пористости метеороидов находится в хорошем соответствии с результатами лабораторных измерений пористости углистых и обыкновенных хондритов, и межпланетных пылевых частиц, и подтверждают пористую структуру их родительских тел - комет и астероидов.
Найдено, что средние массы фрагментов, отделившихся от метеороидов, заключены в пределах 10° - 10'6 г, а их размеры в среднем составляют 40 - 110 //. Сделан вывод, что фрагменты таких размеров являются составными или структурными частями метеороидов.
В п.2.5. рассмотрен факт существования плотных тел среди типично кометных метеороидов по нашим болидным наблюдениям. Наблюдаемая
27
кривая блеска метеора Леонид TN171109E свидетельствует о квазинепрерывном дроблении метеороида. На основе теории квазинепрерывного дробления построена теоретическая кривая блеска, совпадающая наилучшим образом с наблюдаемой при значении объемной плотности метеороида, равной 3 = 3.1 г см'3.
Кроме того, согласно вычисленному РЕ критерию, TN171109E классифицируется как объект I типа, что является исключительным случаем среди метеороидов Леонид и совершенно нетипичным для метеоров/болидов с кометными орбитами. Болиды I типа порождаются каменными метеороидами с плотностью 3 = 3.5 г см’3 и, как правило, астероидного происхождения. В нашем случае кометная природа метеора TN171109E не вызывает сомнения, так как родительским телом метеорного потока Леониды является комета 55Р/Темпеля-Туттля. Следовательно, вновь подтверждается существование среди кометных метеороидов тел, состоящих из материала с гораздо большей плотностью.
11о наблюдения Европейской болидной сети было также обнаружено существование болидов различных типов среди Леонид. Согласно РЕ критерию, идентифицированы болиды, соответствующие II, IIIА и IIIB тинам. Но метеор TN171109Е - первый случай, когда метеороид в целом был настолько прочным, что идентифицирован как объект I типа. Можно заключить, что такие данные свидетельствуют о неоднородном составе родительской кометы.
В п.2.6. рассмотрен еще один интересный случай из наших наблюдений, свидетельствующий о том, что среди кометных метеороидов встречаются тела с нетипичными значениями также и минералогической плотности. Приведены результаты фотометрии болида метеорного потока Южные Тауриды TN121107А. Оказалось, что минералогическая плотность вещества данного метеороида <5т=5.5 г см’3 значительно больше среднего значения плотности Зт =2.7 г см’3 , полученного нами для метеороидов этого потока. Этот факт объясняется тем, что, вероятно, материал этого
28
кометного метеороида содержит значительное количество твердых включений, относящихся к углистым хондритам типа С1 и СМ и соответствующих метеоритному составу С1 и СМ. Ранее о существовании таких ингредиентов в материале метеороидов Леонид отмечено Боровинкой (2006), а также для метеороидов Персеид Бабаджановым, Кохировой (2009g).
В п.2.7. представлены детальные результаты исследования июльского болида а Каприкорнид по фотографическим наблюдениям, пролет которого сопровождался ярчайшей вспышкой яркости.
В п.2.7.1, приведены результаты определения атмосферной траектории, координат радианта, скорости и элементов орбиты болида, принадлежащего к метеорному потоку а Каприкорнид, а также наблюдаемая кривая блеска.
В п.2.7.2, даны результаты определения фотометрической массы метеороида, породившего болид. Доказан факт дробления болидообразующего метеороида, начиная с момента его вторжения в плотные слои земной атмосферы. До момента вспышки, которая обусловлена одновременным выбросом огромного количества мелких частиц, кривая блеска является плавной, что свидетельствует о квазинепрерывном дроблении метеороида. На основе теории квазинепрерывного дробления построена теоретическая кривая блеска и определена объемная плотность метеороида равная 2 г см'3, свидетельствующая, что болид был порожден углистым хондритом типа
С1.
В п.2.7.3. исследованы вспышки болида. Определены размеры и массы частиц, отделяющихся от метеороида в результате его дробления. Показано, что наши результаты определения среднего размера гранул метеороида а Каприкорнид, равного 26 //, хорошо согласуются с оценкой среднего размера гранул метеороидов того же роя (Симоненко 1967), а также метеороидов Драконид (Вокпчека е1 а1. 2007). Сделан вывод, что
29
частицы подобных размеров являются структурными элементами метеорных тел, отделяющиеся от них в процессе абляции.
В п.2.8, анализируется распределение сфотографированных в Таджикистане в 1957-1983 гг. метеороидов но динамическому и физическому критериям. Вычислены критерий Тиссеранда, разделяющий орбиты на кометные и астероидальные, а также эмпирический РЕ критерий, разделяющий кометное и астероидное происхождение по физическим параметрам. Показано, что из 570 метеоров согласно критерию Тиссеранда 86% двигались по кометоподобным орбитам, и, следовательно, являются кометного происхождения, и 14% - по астероидальным орбитам и, соответственно, имеют астероидную природу.
Эмпирический РЕ критерий показал, что по физическим характеристикам большинство метеороидов - 72% принадлежат кометным группам ША/ШВ и 28% связаны с астероидными фунпами 1/11. Несколько большее количество астероидных метеороидов, полученное согласно РЕ критерию, обусловлено фактом существования метеороидов с более плотной субстанцией среди типично кометных тел.
Глава 3. Спектрофотометрическне исследования болидов.
В п.3.1 рассмотрены текущее состояние и задачи исследования спектров метеоров.
В п.3.2. рассмотрен метод определения поверхностной и объемной концентрации ионов кальция и температуры возбуждения в метеорной коме. Метод был разработан для исследований солнечных протуберанцев и впервые используется в количественном анализе метеорных спектров.
В п.3.3. приведены результаты исследования призменных спектров восьми болидов в спектральных линиях дублета ионизованного кальция вдоль метеорных траекторий на основе методики, описанной в предыдущем параграфе. Для всех болидов построены монохроматические кривые блеска в указанных эмиссиях. Вычислены эффективная температура возбуждения, поверхностная и объемная концентрация ионов
30
кальция вдоль траектории для каждого спектра, выявлено и проанализировано их изменение в зависимости от изменения высоты метеоров. Полученные значения объемной плотности ионов кальция находятся в диапазоне ~1013-1015 см'3. Показано, что с усилением испарения в метеорной коме ослабевают и процессы возбуждения, и процессы ионизации. Вследствие интенсивного расширения паров в излучающем объеме происходит уменьшение концентрации ионов на единицу объема.
В п.3.4. описан метод определения объемной плотности свободных электронов в метеорной коме и приведены результаты его применения к призменным спектрам. Показано, что найденные значения объемной плотности свободных электронов в точке максимальной интенсивности метеорной комы составляют ~1013-1014 см'3. При сопоставлении этих значений с величинами объемной концентрации ионов кальция сделан вывод, что почти 99% кальция находится в ионизованном состоянии, и следовательно, кальций является одним из основных источников свободных электронов в метеорной коме.
В п.3.5, исследованы спектры, полученные с помощью спектральной видеокамеры, снабженной дифракционной решеткой с 600 штрихов мм’1, установленной перед объективом. Показано, что отношение содержания и Ыа, в общем, соответствует обычному космическому составу метеоров Леонид. Тем не менее, мелкие метеороиды содержат Ыа меньше приблизительно на 30%. Метеоры Леонид показывают предпочтительную абляцию Ыа в верхней части траектории, что указывает на их хрупкую структуру и подтверждает высокую пористость. В спектрах исследуемых Леонид, как и ранее, не обнаружены органические молекулы (СГ4, С2). Исследование видео спектра аномального болида Леонид (п.2.5) показано, что по химическому составу он не отличается заметно от других метеороидов Леонид.
31
В главе 4. рассматриваются новые выявленные связи метеорных потоков с околоземными объектами.
В п.4.1, речь идет об астероидах, сближающихся с Землей, их классификации на группы Аполлона, Атопа, Амура. Показано, что среди АСЗ существуют, как реальные астероиды из главного пояса, так и угасшие ядра комет.
В п.4.1.1, рассмотрены известные критерии разделения орбит околоземных объектов на кометные и астероидные. В результате применения этих критериев выявлено, что из 2872 АСЗ групп Аполлона и Амура, открытых на 1.01.2005 г., 404 АСЗ или 14% из общего числа Аполлонцев и Амурцев, двигаются по кометоподобным орбитам согласно трем критериям.
В п.4.2, речь идет о реальных астероидах и угасших ядрах комет в популяции околоземных объектов, рассмотрен процесс перехода активных комет в «спящее» состояние и способы различения таких объектов.
В п.4.3, рассмотрены основные положения теории образования метеороидных роев, разработанной в Институте астрофизики АН РТ. Показано, что мегеороидные рои образуются только в результате распада кометных ядер и очень редко вследствие фрагментации астероидов. Перечислены факторы, определяющие эволюцию метеороидных роев.
В п.4.3.1, излагаются основные моменты динамики метеороидных роев, а именно методы определения их возраста и характер эволюции, также развитые в Институте астрофизики АН РТ. Показано, что в результате дисперсии в первоначальных элементах орбит метеороидов из-за различий в скорости выброса и влияния светового давления, обуславливаются различные темпы дальнейшей эволюции их орбит. Метеороиды, выброшенные из ядра кометы вперед по направлению движения кометы, будут иметь орбиты со слегка большими периодами обращения и большей полуосью, чем комета, и со временем будут располагаться позади кометы, а метеороиды, выброшенные назад, имея
32
слегка меньшую большую полуось и, соответственно меньший период обращения, окажутся впереди кометы. В начальной стадии метеороидный рой представляет собой компактное облако метеороидов вблизи ядра родительской кометы. Со временем в результате того, что некоторые метеороиды обгоняют родительское тело, тогда как другие запаздывают позади него, все метеороиды распределяются вдоль всей орбиты и образуют замкнутую петлю за сравнительно короткое время.
В п.4.4, детально рассмотрены критерий разделения реальных АСЗ и угасших кометных ядер и методика, позволяющая сделать вывод о кометной или астероидной природе АСЗ. Приведено условие, которое должны удовлетворять элементы орбиты метеороидов роя, для того, чтобы пересечь орбиту Земли. Из этого условия следует, что для заданных значений а и е орбита Земли может быть пересечена метеороидами при четырех значениях со (в редких случаях при восьми значениях). В результате метеороидный рой может породить ночной поток с северной и южной ветвями при доперигелийном пересечении с Землей и дневной поток также потоки с северной и южной ветвями при послеперигелийном пересечении.
Методика определения кометной природы АСЗ состоит из следующих операций: вычисление эволюции элементов орбиты кометы или астероида методом Альфана-Горячева или Эверхарта для интервала времени, охватывающего один цикл изменений аргумента перигелия орбиты; определение орбит, пересекающих орбиту Земли, и количества пересечений за один цикл изменений аргумента перигелия; вычисление теоретических радиантов и скоростей для орбиты кометы или астероида, пересекающих земную орбиту; поиск теоретически предсказанных радиантов в каталогах наблюдаемых метеор ных/бол и дных потоков и наблюденных индивидуальных метеоров/болидов.
33
В п.4.5, приведены результаты установления связи метеорных потоков с околоземными объектами, полученные с использованием описанной методики.
В п.4.5.1, показано, что 130 объектов из исследованных 181 АСЗ, открытых до 1.01. 2005 г., двигающихся по кометоподобным орбитам и пересекающих орбиту Земли, имеют родственные активные метеорные потоки, и, следовательно, являются угасшими ядрами комет.
В п.4.5.2, найдено, что семь АСЗ 16960, 1998УЭ31, 1999УК12, 1999УК6, 2003\УР21, 2003иЬЗ, 20041X310 с размерами в интервале 0.11-7.55 км, двигающиеся по схожим кометоподобным орбитам, являются в действительности осколками кометы 2Р/Энкс или вместе с кометой 2Р/Энке являются фрагментами более крупной кометы. Наряду с 10 АСЗ, кометная природа которых выявлена ранее, эти семь новых являются составной частью метеороидного комплекса Таурид.
В п.4.5.3. показано, что двигающиеся по кометоподобным схожим орбитам три АСЗ 1997СЬЗ, 2000РСЗ и 2002.1С9 связаны друг с другом. Все теоретически предсказанные орбиты, геоцентрические радианты и скорости метеорных потоков, возможно родственных с этими астероидами, отождествлены с реально наблюдаемыми метеорными и болидными потоками, а также индивидуальными болидами. Все это доказывает, что исследуемые три АСЗ в реальности являются угасшими ядрами комет, а выявленный метеороидный комплекс Писцид состоит также и из осколков более крупного кометного тела.
В п.4.5.4. выявлены три объекта 2002332, 2002Р011 и 2003МТ9, классифицированные как АСЗ, двигающиеся по кометоподобным очень схожим орбитам. Все они родственны с хорошо подтвержденными наблюдаемыми ночными болидными потоками Северные и Южные / Аквариды. Зарегистрированные болиды также указывают, что в метеороидном рое, порождающем эти потоки, существуют более крупные метеороиды, чем обычно содержатся в метеорных потоках. Все эти
34
факты подтверждают, что мы наблюдаем теперь все, что осталось от некогда очень крупного кометного тела, которое больше не существует.
В п.4.5.5, в результате исследования эволюции орбиты АСЗ 2003ЕН1 показано, что этот объект является восьмикратным пересекателем орбиты Земли и, поэтому, его предполагаемый метеороидный рой мог породить восемь метеорных потоков, наблюдаемых с Земли в январе и августе, в мае и декабре. Проведенный поиск теоретически предсказанных потоков в каталогах наблюдаемых метеорных потоков показывает, что все восемь потоков являются активными в настоящее время. Характер орбиты и существование метеорных потоков, связанных с 2003ЕН1, доказывает, что этот астероид является потухшим ядром кометы.
В Заключении сформулированы основные выводы, полученные в ходе выполнения диссертации, и некоторые рекомендации для дальнейших исследований.
Список литературы содержит в нумерованном порядке все опубликованные источники, используемые в работе.
В Приложении приведен каталог, состоящий из трех таблиц, содержащих, соответственно, основные параметры атмосферных траекторий, элементы орбит и наблюдаемые кривые блеска 170 болидов.
Работа выполнена в Институте астрофизики Академии наук Республики Таджикистан.
Создание болидной сети Таджикистана и проведение систематических наблюдений стало возможным при поддержке МНТЦ по проектам Т-1986 и Т-1629.
35
ГЛАВА 1. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ БОЛИДОВ
1.1. Фотографические наблюдения метеоров и их обработка
На сегодняшний день существуют различные методы наземных наблюдений метеоров: фотографический, радиолокационный,
телевизионный, визуальный, видеонаблюдения. В последние годы развиваются и наблюдения метеоров с использованием специально оборудованных самолетов. Среди всех существующих методов наблюдений метеоров фотографический метод остается самым точным и мощным и обеспечивает получение наибольшего объема информации. Методы фотографического исследования непрерывно совершенствуются. Суть метода - получение базисных фотографий метеоров с их последующей обработкой или редукцией.
Первая фотография метеора Андромедид была получена в Праге 27 ноября 1885 г. И хотя с этого времени метод начал активно развиваться, новый этап его совершенствования можно отнести к началу 30-х гг. XX в., когда интенсивные фотографические исследования метеоров начались в Гарвардской обсерватории в США. С 1950 г. такие исследование начали активно развиваться в Душанбе, затем Одессе, Киеве, Ашхабаде, а также в Ондржейовской обсерватории в Чехословакии. Тогда же были разработаны методы фотографирования и редукции наблюдательного материала. В Гиссарской астрономической обсерватории (ГисАО) Института астрофизики АН РТ был создан метеорный патруль, состоящий из аэрофотокамер НАФА ЗС/25, и наблюдения велись с двух пунктов. Схожие патрули были установлены в Одесской и Киевской астрономических обсерваториях, Главной астрономической обсерватории АН Украины и в Астрофизической лаборатории ФТИ АН Туркмении, и проводившиеся наблюдения метеоров являлись базисными, т.е. с двух или
36
- Киев+380960830922