Исследование физических характеристик метеороидов и связь метеороидов с околоземными объектами Кохирова, Гулчехра Исроиловна

Введение к работе

Диссертационная работа посвящена определению динамических характеристик болидов и физических свойств вещества метеороидов, а также 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 в Таджикистане и проведены систематические фотографические, в том числе и ПЗС, наблюдения болидов в течение пятилетнего цикла. В обработке многостанционных фотографий болидов используется усовершенствованный метод астрометрической редукции. Определение объемной плотности метеороидов проведено на основе теории квазинепрерывного дробления метеороидов. По тем же наблюдениям получены минералогические плотности метеороидов, что позволило впервые определить пористость 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 метеороидными 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 (ОЗО), включающие реальные астероиды, угасшие ядра комет и метеороидные рои, а также метеороиды, метеорные потоки и болиды.

Актуальность темы диктуется необходимостью получения детальной информации об околоземной метеороидной среде, о прочности и структуре метеороидов. Болидообразующие метеороиды, вторгающиеся в земную атмосферу, 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, служат единственным средством получения данных о падении метеоритов.

Также необходимо знать природу астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ) - являются ли они реальными астероидами или угасшими ядрами комет. От этого зависят последствия их столкновений с Землей: ледяные кометы взрываются в земной атмосфере, а каменные астероиды могут соударяться с поверхностью Земли. По наземным наблюдениям АСЗ разделение таких объектов крайне затруднительно, из-за того, что на расстоянии внешне они выглядят одинаково. В диссертационной работе эта задача решена на основе метода, разработанного в Институте астрофизики Академии наук Республики Таджикистан (АН РТ).

Крайняя важность таких данных связана с все более осознаваемой потенциальной астероидно-метеороидной опасностью и необходимостью разработки стратегии противодействия космическим угрозам как естественного, так и техногенного происхождения. К естественным факторам относятся астероиды, кометы и крупные болидообразующие метеороиды, орбиты которых могут пересечь орбиту Земли, и в случае возможного столкновения может быть нанесен большой ущерб биосфере Земли, вплоть до глобальной катастрофы. Реальную опасность представляют объекты, имеющие диаметры, начиная с нескольких декаметров. Тело такого размера произвело Тунгусское событие в 1908 г. Астероид Апофис, сближающийся с Землей, диаметром почти 350 м - один из известных объектов, который будет иметь очень тесное сближение с Землей в 2029 г.

Актуальность исследований АСЗ связана также с возможность 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 выявления существования крупных тел декаметровых размеров в некоторых метеороидных роях необходимы в разработке стратегии защиты космической ракетной технологии.

Возрастающий научный интерес к кометам и астероидам и продуктам их разрушения - метеороидам также вызван тем, что малые тела содержат важную информацию о тех условиях, которые существовали в начальной стадии формирования планет Солнечной системы и, в частности, Земли, на которой затем зародилась жизнь и образовалась развитая цивилизация. Благодаря их малым массам состав и физико-химические свойства малых тел остались почти такими же, как и при образовании планетной системы.

Цели

Основными целями диссертационной работы являются:

1. Получение новых данных о метеороидной обстановке в околоземном пространстве для крупных тел, порождающих болиды, и 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 болидов одновременно с нескольких пунктов.

2. Определение минералогической и объемной плотности, и пористости метеороидов на основе одних и тех же базисных фотографических наблюдений метеоров и современной физической теории метеоров.

3. Определение поверхностной и объемной концентрации ионов кальция и свободных электронов, а также температуры возбуждения в метеорной коме.

4. Выявление астероидов, пересекающих орбиту Земли, которые связаны с метеороидными роями и, следовательно, метеорными потоками. Определение кометного происхождения астероида, т.е. является ли он угасшим ядром кометы.

5. Обнаружение новых взаимосвязей между астероидами, кометами, метеороидными роями и метеорными потоками.

Эти цели достигаются путем:

5. 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.

   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 двух пунктов.

   5. Фотометрической редукции сфотографированных болидов и определения абсолютных звездных величин, кривых блеска, масс и физических параметров болидообразующих метеороидов.

   6. Моделирования теоретических кривых блеска и сравнение их с наблюдаемыми кривыми для определения метеороидов, подвергшихся квазинепрерывному дроблению в земной атмосфере.

   7. Измерения интенсивностей спектральных линий в спектрах болидов и построения монохроматических кривых блеска.

   8. Использования каталога элементов орбит АСЗ (), орбиты которых в результате вековых изменений пересекают земную орбиту. Применив к ним существующие критерии разделения орбит на кометные и астероидные, можно определить АСЗ, двигающиеся по кометоподобным орбитам.

   9. 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.

   10. Определения теоретических элементов орбит метеорных потоков, возможно связанных с АСЗ, и вычисления теоретических геоцентрических радиантов и скоростей этих метеорных потоков.

   11. 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 наблюденных индивидуальных метеоров/болидов.

   Основные положения, выносимые на защиту

   I. Новые методы получения информации о метеороидах:

   1). Усовершенствованный метод астрометрической редукции многостанционных болидных снимков, полученных с помощью болидной сети Таджикистана [Астрономический Вестник, 2009, т. 43, № 4, с. 367377], позволивший получить точные данные о траекториях и гелиоцентрических орбитах 170 болидов.

   5. 11. 1. . Внедрение в практику болидных наблюдений цифровых камер "Nikon D2x" и "Nikon D300", снабженных объективами Nikkor типа «рыбий глаз» (/=10.5 мм, D/f =1:2.8), позволивших получить новые наблюдательные данные [Известия АН РТ. Отделение физ-мат, хим., геол. и техн. наук, 2009, № 2 (135), с.46-55; Astronomy and Astrophysics, 2011, v.533,p.A115-A120].

          2. . Впервые в количественном анализе метеорных спектров применен метод спектрофотометрических исследований солнечных протуберанцев, на основе которого изучено излучение метеорной комы в спектральных линиях дублета ионизованного кальция и определены характеристики излучающего объема [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:

          5. 11. 2. 1. . В результате астрометрической и фотометрической редукции многостанционных фотографий 170 болидов, сфотографированных болидной сетью Таджикистана в течение 2006-2011 гг., получены данные об их атмосферных траекториях, координатах радиантов, скоростях, орбитах в межпланетном пространстве, кривых блеска, фотометрических массах метеороидов, породивших болиды, а также определена принадлежность болидов к известным болидным и метеорным потокам. Все данные оформлены в виде каталога, состоящего из трех таблиц, содержащих, соответственно, параметры атмосферных траекторий, радианты и гелиоцентрические орбиты, наблюдаемые кривые блеска. Полученные результаты существенно пополнят мировой банк новыми данными о болидах 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., подтвердившие 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 2004MB6, а зарегистрированные нами болиды порождены его фрагментами [Вестник СибГАУ, 2011, Выпуск 6(39), с.91-94].

                    4. . Определение минералогических плотностей 501 метеороида на основе данных о начальных высотах, внеатмосферных массах и скоростях, и зенитных расстояниях радиантов этих метеороидов, полученных по фотографическим наблюдениям метеоров в Душанбе, Киеве и Одессе (1957-1983 гг.). С учетом теории квазинепрерывного дробления метеороидов проанализированы кривые блеска тех же 501 яркого метеора и определены объемные плотности 236 метеороидов, испытавших 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 [Astronomy and Astrophysics, 2009, v. 495, Issue 1, p.353-358].

                    5. . Результаты определения объемной концентрации ионов кальция и свободных электронов, а также температуры возбуждения в метеорной коме [Astronomy and Astrophysics, 2004, v. 424, № 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 АСЗ групп Аполлона и Амура, открытых до 1.01.2005 г., 130 АСЗ (почти 5%), двигающиеся по кометоподобным орбитам, имеют родственные наблюдаемые метеорные потоки и, следовательно, в действительности являются угасшими ядрами комет [Известия АН РТ. Отд. физ.-мат., хим. и геол. наук, 2006, № 1-2 (124), с.25- 48; «Метеорные потоки астероидов, пересекающих орбиту Земли», Душанбе, «Дониш», 2009, 185 с.].

                    7. . Некоторые метеороидные рои, например, Тауриды, і Аквариды, Писциды, Скорпииды, состоят не только из мелких, но и крупных тел метровых и декаметровых размеров, являющихся угасшими ядрами комет или осколками 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, 2008a, 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.10671072; NASA Technical Report, 2011, NASA/CP-2011-216469, p. 14-18; Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2012, v.420, p. 25462550].

                    Научная новизна

                    4. Болидная сеть, созданная в Таджикистане, 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 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, полученные болидными сетями США, Канады, Европы, Австралии.

                    5. 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 о разной степени пористой структуре их родительских тел - комет и астероидов.

                    6. 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. Результаты, полученные на основе использования метода, и их сравнение с результатами, полученными по другим методам, доказывают их достоверность и надежность.

                    7. На основе концепции образования и эволюции метеороидных роев, развитой в Институте астрофизики АН РТ, и исследования эволюции орбит АСЗ впервые определена доля угасших комет в популяции АСЗ в таком глобальном масштабе. Факт существования в метеороидных роях

                    Писцид, і Акварид, Скорпиид крупных объектов - угасших ядер комет и являющихся составной частью этих роев установлен нами впервые.

                    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, поскольку их можно рассматривать как возможный источник металлов и других полезных ископаемых в околоземном пространстве в будущем. Так, согласно оценкам некоторых авторов железный метеороид диаметром в 1 км при рудниковой разработке может быть источником полезных ископаемых, оцениваемым в триллионы долларов.

                    Результаты исследований предоставляют новые данные о метеороидно-астероидной обстановке в околоземном пространстве (а их учет важен в предотвращении опасности столкновения космических миссий с крупными телами), необходимы для решения проблемы астероидной опасности столкновения с Землей, а также помогут в постановке 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:

                    8. 35 COSPAR Scientific Assembly, Франция, Париж, 2004 г.;

                    9. Международная научная конференция «Наблюдение околоземных космических объектов», Звенигород, Россия, 22-24 января 2008 г.;

                    10. Международная научная конференция "Bolides and Meteorite Falls", Прага, Чехия 10-15 мая 2009 г.;

                    11. Международная научная конференция "Meteoroids 2010", Брекенридж, Колорадо, США, 24-28 мая 2010 г.;

                    12. JENAM 2011, European Week of Astronomy and Space Science, Санкт-Петербург, Россия, 4-8 июля 2011 г.;

                    13. Международная научная конференция «Околоземная астрономия 2011», Красноярск, Россия, 5-10 сентября 2011 г.;

                    Международная научная конференция "Asteroids, Comets, Meteors 2012", Ниигата, Япония, 16-22 мая 2012 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

                    Похожие диссертации на Исследование физических характеристик метеороидов и связь метеороидов с околоземными объектами

                    Исследование долговременной орбитальной эволюции объектов космического мусора геостационарной зоныАлександрова, Анна Геннадьевна

                    

                    Развитие методов экспериментального исследования аэродинамических характеристик возвращаемых космических объектовАдамов Николай Петрович

                    

                    Особенности исследования электромагнитных характеристик плоскопараллельных диэлектрических объектов в квазиоптических пучкахЕмельянов, Евгений Витальевич

                    

                    Исследование характеристик параметрических антенн в движущейся среде с объектами различной формыБурьков Дмитрий Владимирович

                    Программно-технический комплекс для исследования механических колебаний по динамике частотно-контрастной характеристики в изображении тест-объектаЗрюмов, Павел Александрович

                    

                    Исследование молекулярно-массовых характеристик полиэтилена в связи с технологией получения и свойствами Пономарева Елена Львовна

                    

                    Исследование физических характеристик лазерной системы с электрооптической обратной связьюМарусин Николай Владимирович

                    Исследование влияния искажений, вносимых радиочастотным трактом, на характеристики беспроводных широкополосных систем связиМасленников, Роман Олегович

                    Исследование спектральных и флуктуационных характеристик излучения инжекционных лазеров в условиях внешней обратной связиМаругин, Алексей Валентинович

                    Исследование спектральных и динамических характеристик РОС-лазеров для волоконно-оптических линий связиСоколовский, Григорий Семенович