Оглавление
Введение.......................................................................7
Актуальность темы............................................................7
Цели работы..................................................................8
Научная новизна работы.......................................................8
Научная и практическая значимость работы.....................................9
Достоверность результатов...................................................10
На защиту выносится...............................................................................................10
Апробация результатов.......................................................11
Структура и объем диссертации...............................................12
Содержание работы...........................................................12
Личный вклад автора диссертации в проведённое исследование..................13
Список опубликованных работ.................................................14
Глава I. Двойные и кратные астероиды в Солнечной системе
..............................................................................17
§1.1. Открытие кратных астероидов в Солнечной системе.......................17
§ 1.2. Методы определения двойственности астероидов.........................18
1.2.1. Получение прямых изображений.....................................18
1.2.2. Спскл-интерферометрия............................................20
1.2.3. Радиолокация.....................................................20
1.2.4. Наблюдения покрытий..............................................21
1.2.5. Фотометрия.......................................................21
§ 1.3. Построение моделей кратных астероидов................................26
§ 1.4. Гипотезы происхождения кратных астероидов в Солнечной системе 28
Глава II. Инструменты и вспомогательное программное обеспечение для исследования кратных астероидов.............................31
§ 2.1. Автоматизированные телескопы ЗА-320М и МТМ-500М....................31
§ 2.2. Программное обеспечение для автоматического определения положения трубы телескопов ЗА-320М и МТМ-500М...........................32
2.2.1. Схема видеоотсчетпого устройства...............................33
2.2.2. Определение отсчета лимба......................................33
2.2.3. Предварительная обработка изображений с лимбов.................37
2.2.4. Определение целой части отсчета (градусы)......................42
2.2.5. Определение дробной части отсчета (минуты и секунды)...........43
Глава III. Фотометрические наблюдения двойных и кратных астероидов..................................................................46
§ 3.1. Принцип организации наблюдений двойных и кратных астероидов 46
3.1.1. Длинные ряды фотометрических наблюдений........................46
3.1.2. Короткие ряды фотометрических наблюдений.......................47
§3.2. Обработка фотометрических наблюдений................................47
3.2.1. Обработка наблюдений с помощью программных пакетов АПЕКС-1 и АПЕКС-И...............................................................47
3.2.2. Дифференциальная фотометрия....................................49
3.2.3. Привязка к фотометрическим стандартам..........................50
3.2.4. Приведение наблюдательных данных к одному расстоянию и учет изменения угла фазы.............................................................51
§ 3.3. Частотный анализ полученного ряда наблюдений.......................52
3.3.1. Метод СИЕЛИ....................................................54
3.3.2. Метод Скаргла..................................................54
3.3.3. Вейвлет-анализ.................................................55
§ 3.4. Определение параметров астероида из фотометрических наблюдений
3.4.1. Определение абсолютной звездной величины и параметра наклона форе-парамстра).............................................................56
3.4.2. Определение размеров астероида..................................57
3.4.3. Определение формы, а также координат полюса и периода осевого вращения астероида..............................................................58
Глава IV. Построение моделей двойных и тройных астероидов. Моделирование кривых блеска..................................................60
§ 4.1. Моделирование систем двух и трех тел................................61
4.1.1. Упрощенная модель системы двух тел..............................61
4.1.2. «Полная» модель системы двух и трех тел.........................62
§ 4.2. Моделирование кривой блеска астероида...............................65
4.2.1. Построение изображения астероида произвольной формы.............65
4.2.2. Закон отражения Ломмсля - Зсслигера.............................66
4.2.3. Закон отражения Люмме - Боуэлла.................................67
4.2.4. Закон отражения Хапке...........................................68
4.2.5. Учет затмений в системе двух или грех тел.......................70
4.2.6. Учет покрытий в системе двух или трех тел.......................76
§ 4.3. Программное обеспечение для реализации процесса моделирования кратных астероидов.......................................................77
Глава V. Исследование избранных двойных и тройных астероидов из главного астероидного пояса и группы АСЗ 79
§ 5.1. Исследование двойного астероида 2006 УУ2 из группы АСЗ 79
5.1.1. Общие сведения................................................ 79
5.1.2. Наблюдения......................................................79
5.1.3. Определение показателей цвета и абсолютных звездных величин астероида 2006 УУ2...............................................................80
5.1.4. Определение таксономстрического класса астероида 2006 УУ2.......82
5.1.5. Определение формы главного компонента и построение модели двойной системы астероида 2006 УУ2.............................................83
4
5.1.6. Определение периода осевого вращения главного компонента астероида 2006 VV2......................................................................90
5.1.7. Последующие сближения астероида 2006 VV2 с Землей.....................90
5.1.7. Выводы................................................................91
§ 5.2. Исследование двойного астероида главного пояса (90) Antiope.........92
5.2.1. Общие сведения........................................................92
5.2.2. Наблюдения............................................................93
5.2.3. Опенка slope-параметра астероида (90) Antiope.........................94
5.2.4. Построение модели двойного астероида (90) Antiope.....................96
5.2.5. Выводы...............................................................100
§ 5.3. Исследование тройного астероида главного пояса (45) Eugenia........103
5.3.1. Общие сведения.......................................................103
5.3.2. Наблюдения...........................................................103
5.3.3. Уточнение формы главного компонента..................................104
5.3.4. Моделирование тройной системы астероида (45) Eugenia.................108
5.3.5. Моделирование кривой блеска астероида (45) Eugenia па длительном
интервале времени...........................................................110
5.3.6. Выводы...............................................................112
§ 5.4. Исследование двойного астероида главного пояса
(762) Pulcova...................................................................112
5.4.1. Общие сведения.......................................................112
5.4.2. Наблюдения...........................................................113
5.4.3. Уточнение формы главного компонента..................................113
5.4.4. Моделирование двойной системы астероида (762) Pulcova................116
5.4.5. Моделирование кривой блеска астероида (762) Pulcova на длительном
интервале времени.......................................................................116
5.4.6. Выводы.................................................................119
§ 5.5. Исследование двойного астероида 137170 (1999 HF1) из группы
АСЗ.............................................................................119
5.5.1. Общие сведения.......................................................119
5.5.2. Наблюдения и моделирование орбиты спутника...........................120
5
5.5.3. Моделирование кривой блеска двойного астероида 137170 (1099 1IF1).124
5.5.4. Выводы........................................................ 127
§ 5.6. Исследование тройного астероида главного пояса (87) Sylvia 127
5.6.1. Общие сведения....................................................127
5.6.2. Наблюдения........................................................127
5.6.3. Определение формы главного компонента астероида (87) Sylvia.......129
5.6.4. Моделирование кривой блеска астероида (87) Sylvia.................131
5.6.5. Выводы............................................................132
§ 5.7. Исследование двойного астероида главного пояса (22) Kalliope..........133
§ 5.8. Исследование двойного астероида главного пояса (1313) Bema............136
5.8.1. Общие сведения....................................................136
5.8.2. Сравнение модельных кривых блеска с наблюдениями..................137
5.8.3. Выводы ........................................................ 139
Заключение...............................................................140
Итоги работы.................................................................140
Дальнейшие перспективы исследования кратных астероидов.......................141
Благодарности..........................................................141
Приложение I. Представление трехосного эллипсоида в виде
многогранника............................................................144
Приложение II. Вычисление площади закрытой области диска
Солнца во время затмения.......................................................146
Список цитируемой литературы...................................................148
Введение
Актуальность темы
Еще сравнительно недавно возможность существования двойных астероидов в Солнечной системе рассматривалась только как гипотеза. Революционным стало открытие в 1994 году космическим аппаратом «Галилей» спутника у астероида (243) Ida. В настоящее время существование двойных астероидов уже не вызывает сомнений. Были обнаружены не только двойные, но и тройные астероиды, как в главном поясе астероидов, так и среди астероидов, сближающихся с Землей (группа АСЗ), и даже- среди объектов пояса Кой пера [http://w\v\v.iohnstonsaichive.net/astro/asteroidmoons.ht ml]. Открытие кратных астероидов позволило по-иовому взглянуть на вопросы о происхождении и формировании тел Солнечной системы.
Понимание происхождения и динамики двойных и кратных астероидов само по себе является важной научной задачей. Решение данной задачи помогает также пролить свет на более глобальные вопросы, такие как формирование Солнечной системы. Так, существование кратных астероидов, может свидетельствовать о том, что на ранней стадии формирования Солнечной системы в астероидном поясе существовали более крупные «родительские» тела, которые затем распались на более мелкие. Изучение двойных астероидов группы АСЗ дало основание предполагать, что объекты данной группы могут быть «выходцами» из главного астероидного пояса. Однако кратные объекты встречаются также и в поясе Кой пера. Многое еще остается неясным в вопросе происхождения малых тел Солнечной системы. Изучение кратных астероидов из разных групп, их свойств, физических параметров и динамики, позволит пролить свет на многие связанные с этим вопросы.
Особенно актуальна задача изучения кратных объектов группы АСЗ в связи с так называемой астероидной опасностью. Понимание происхождения
7
и динамики малых тел группы АСЗ позволит вовремя предотвратить угрожающую Земле опасность.
Цели работы
Основная цель настоящей работы заключалась в исследовании избранных двойных и тройных астероидов из главного пояса астероидов и группы АСЗ. В качестве объектов исследования были выбраны тройные астероиды главного пояса (45) Eugenia и (87) Sylvia, двойные астероиды 2006 VV2 и 137170 (1999 HF1) из группы АСЗ, и, наконец, двойные астероиды (90) Antiope, (762) Pulcova, (1313) Bema и (22) Kalliope из главного астероидного пояса. Выбор астероидов определялся благоприятными условиями их наблюдений.
На основе полученных фотометрических наблюдений астероидов и их анализа были построены модели исследуемых объектов. Сравнение модельных кривых блеска с наблюдениями позволило определить неизвестные физические параметры избранных для исследования астероидов, к числу которых относятся масса, плотнос ть, размеры и форма компонентов, элементы орбит спутников, параметры, характеризующие отражательные свойства поверхности астероида, периоды вращения и т.п.
Научная новизна работы
На основании полученных наблюдений, впервые определена форма главного компонента двойных астероидов 2006 VV2 из группы АСЗ и (762) Pulcova из главного пояса. Для тройных астероидов главного пояса (45) Eugenia и (87) Sylvia и двойного астероида (22) Kalliope форма главного компонента была уточнена.
Метод определения отражательных свойств поверхностей астероидов, заключающийся в сравнении длительных (многолетних) рядов наблюдений с модельными кривыми блеска, был применен к исследуемым астероидам впервые. С помощью данного метода были изучены поверхностные
8
характеристики астероидов (90) Antiope, (45) Eugenia, (762) Pulcova, (87) Sylvia, (1313) Berna.
Для двойных астероидов 2006 VV2 и 137170 (1999 HF1) из группы АСЗ впервые были найдены элементы устойчивых орбит спутников, которые удовлетворяют наблюдательным данным.
Для тройного астероида (45) Eugenia был найден возможный диапазон элементов устойчивых орбит для второго спутника. Была построена-модель тройной системы данного астероида, что позволило впервые объяснить расхождение в определении наклона оси вращения главного компонента из разных наблюдений фактом наличия вынужденной прецессии оси вращения, вызванной возмущениями от спутников.
Для- астероида (22) Kalliope были получены новые значения оценки массы, плотности и размеров компонентов, которые позволили по-новому взглянуть на химический состав-и внутреннюю структуру данного астероида.
Научная и практическая значимость работы
Научная ценность данной работы состоит в получении новых сведений об исследованных в настоящей работе астероидах. В частности, полученные характеристики отражательных свойств поверхностей и физические параметры кратных систем могут быть использованы в исследованиях, посвященных вопросам происхождения данных астероидов и их роли в формировании Солнечной системы.
Практическая значимость работа состоит в накопленном массиве наблюдательных данных исследуемых астероидов. Полученные наблюдстгия могут использоваться в дальнейших исследованиях данных объектов, как по выбранной тематике, так и в задачах другого рода, например, для определения астрометрических положеггий астероидов с целью уточнения их гелиоцентрических орбит. Кроме того, практическую ценность представляет написанная в рамках настоящего исследования программа для моделирования кратных астероидов и их кривых блеска. Данная программа
9
может быть использована для более широкого круга задач, например, для изучения взаимных явлений в системе спутников больших планет.
Достоверность результатов
Достоверность полученных в настоящей работе результатов подтверждается, прежде всего, совпадением кривых блеска, построенных на основе полученных моделей астероидов, с кривыми блеска, полученными из наблюдений. Достоверность оценок формы главных компонентов' проверяется путем сравнения с прямыми изображениями астероидов, полученными с помощью наблюдений на крупных телескопах с адаптивной оптикой. Полученные оценки параметров сравниваются с оценками других авторов в тех случаях, когда таковые имеются.
На защиту выносится
1. Определение формы главного компонента двойных астероидов 2006 VV2, (762) Pulcova, (22) Kalliope и тройных астероидов (45) Eugenia, (87) Sylvia.
2. Получение возможных устойчивых орбит спутников с оценкой их элементов и динамической эволюции для двойных астероидов 2006 VV2, 137170 (1999 HF1), (762) Pulcova и тройного астероида (45) Eugenia. Объяснение расхождений в определении из наблюдений наклона оси вращения главного компонента астероида (45) Eugenia фактом наличия вынужденной прецессии оси вращения, вызванной возмущениями от спутников.
3. Результаты исследования отражательных свойств поверхности астероидов (90) Antiope, (45) Eugenia, (762) Pulcova, 137170 (1999 НР1), (87) Sylvia, (1313) Bema на основе сравнения модельных кривых блеска с наблюдениями на длительных интервалах времени.
4. Вывод о химическом составе и внутренней структуре астероидов 2006 VV2, 137170 (1999 HF1), (22) Kalliope на основе полученных
10
значений их масс, плотностей, абсолютных звездных величин и показателей цвета.
5. Разработка и реализация алгоритма для отождествления отсчетов с лимбов, используемых в качестве элементов датчика угла поворота на телескопах ЗЛ-320М и МТМ-500М.
Апробации результатов
Основные результаты данной работы докладывались на следующих конференциях:
1) Международная конференция «Наблюдение околоземных космических объектов», Звенигород, Россия, 24-26 января 2008 г.;
2) Международная конференция «Earth-based support to GAIA Solar System Science», Франция, 27-28 октября 2008 г.;
3) I Пулковская Молодежная конференция, Санкт-Петербург, Россия, 16 июня 2008 г.;
4) 11 Пулковская Молодежная конференция, Санкт-Петербург, Россия, 4-6 июня 2009 г.;
5) Всероссийская астрометрическая конференция «Пулково-2009», Санкт-Петербург, Россия, 15-19 июня 2009 г.;
6) Международная конференция « 17th Open Young Scientists' Conference on Astronomy and Space Physics (YSC'17)», Киев, Украина, 26 апреля - 1 мая 2010 г.;
7) IIT Пулковская Молодежная конференция, 27-30 сентября, Санкт-Петербург, Россия, 2010 г.;
8) Всероссийская Астрономическая Конференция (ВАК-2010), Нижний Архыз, Россия, 12-19 сентября 2010 г.;
9) Международная конференция «GAIA Follow-up Network for Solar System Objects (GAIA-FUN SSO)», Париж, Франция, 29 ноября - 1 декабря 2010 г.
11
в
)
Структура н объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и двух приложений. Работа содержит 73 рисунка и 10 таблиц. Список цитируемой литературы включает в себя 96 наименований. Общий объем диссертации составляет 158 страниц, среди которых 3 страницы занимают приложения.
Содержание работы
Во Введении обосновывается актуальность работы, описываются цели-и задачи проводимого исследования, научная новизна и научная и практическая ценность диссертации. Сформулированы положения, выносимые на защиту, приводится список работ, в которых опубликованы результаты данного исследования. Указан личный вклад автора и апробация результатов, и дано краткое содержание диссертации.
В Главе 1 приводится общее описание задачи изучения кратных астероидов в Солнечной системе.
Глава 2 посвящена описанию автоматизированных телескопов ЗА-320М и МТМ-500М, на которых были получены наблюдения астероидов, исследуемых в настоящей работе.
В пункте 2.1 приводится общее описание технических характеристик и принципа работы данных автоматизированных телескопов.
Пункт 2.2 посвящен описанию созданного автором данной работы алгоритма отождествления отсчета с лимба при автоматическом наведении трубы телескопа на заданный объект. Создание нового алгоритма понадобилось вследствие того, что прежняя программа для определения положения трубы телескопа выдавала очень большой процент ошибок (до 20%).
Глава 3 содержит описание методов получения, обработки и анализа фотометрических наблюдений.
12
Пункт 3.1 содержит описание принципов организации фотометрических наблюдений астероидов на телескопах 3A-320M и МТМ-500М.
В пункте 3.2 приводится описание программных пакетов и методов, использовавшихся для обработки получаемых фотометрических наблюдений.
Пункт 3.3 посвящен описанию методов частотного анализа, использующихся для выявления периодичностей' в полученных рядах наблюдений. В настоящей работе использовались три метода: метод CLEAN, метод Скаргла и вейвлет-анализ.
Пункт 3.4 посвящен анализу наблюдательного материала. Здесь приводятся методы для определения таких параметров как форма астероида, его размеры, координаты полюса вращения, абсолютная звездная величина и др.
В Главе 4 описываются методы, использовавшиеся в данной работе для построения моделей кратных астероидов.
Пункт 4.1 посвящен описанию модели системы из двух и трех тел на основе классических уравнений поступательно-вращательного движения.
В пункте 4.2 описывается принцип моделирования кривой блеска кратного астероида с учетом взаимных явлений (затмений и покрытий). Также в данном параграфе описываются использовавшиеся при моделировании законы отражения Люмме - Боуэлла и Хапке.
Пункт 4.3 содержит описание программного обеспечения, созданного автором настоящей работы для реализации процесса моделирования исследуемых астероидов.
Глава 5 посвящена результатам исследования избранных астероидов.
Личный вклад автора диссертации в проведённое исследование
В процессе проведения исследования кратных астероидов автором настоящей диссертации было выполнено следующее.
13
- Київ+380960830922