Введение к работе
Актуальность темы
Изучение тел Солнечной системы является одним из важнейших направлений работ в астрономии последних десятилетий как в России, так и за рубежом. Актуальность этих работ связана с необходимостью построения высокоточных теорий движения небесных тел и всестороннего исследования околосолнечного пространства. В последние десятилетия прогресс в этой области был достигнут благодаря использованию новой техники и методов наблюдений, а также реализации космических миссий к отдельным телам Солнечной системы. Тем не менее, остаётся целый ряд задач, требующих для своего решения дальнейших исследований на базе продолжительных по времени высокоточных наблюдений на наземных телескопах, оснащённых современными ПЗС-приёмниками. Длительные ряды наблюдений имеют решающее значение при исследовании движений тел Солнечной системы, определении орбит астероидов и комет, сближающихся с Землей (ОСЗ), исследовании резонансов в движениях различных спутников, улучшении теорий движения планет и уточнении масс на основе наблюдений их спутников.
В связи с многократным количественным ростом популяций астероидов и комет, за счёт вновь открываемых объектов, большое значение приобрела и проблема "астероидно - кометной опасности" (АКО) и появились перспективы решения этой важнейшей проблемы. В настоящее время задача постоянного мониторинга и исследования особенностей движения объектов, сближающихся с Землей (ОСЗ), является весьма актуальной, и многие страны вносят в неё большой вклад. Россия как страна с большими научными традициями, достижениями и перспективами технологического развития принимает активное участие в этой деятельности. Её уникальное географическое положение даёт дополнительные возможности для получения наблюдательных данных. C этой целью при всех ресурсных ограничениях целесообразно развивать программы с взаимно дополняющими методами исследований. Проблема АКО, ввиду её актуальности, рассматривалась ООН (1995 г.), Палатой Лордов Великобритании (2001 г.), Конгрессом США, Организацией экономического сотрудничества и развития (2003 г.), Парламентской Ассамблеей Совета Европы 1996 г. (№ 1080 "Об обнаружении астероидов и комет, потенциально опасных для человечества"). В Российской Федерации Российской академией наук совместно с заинтересованными министерствами и организациями разрабатывается федеральная целевая научно-техническая программа "Астероидно-кометная безопасность России", в которой принимает активное участие и Пулковская обсерватория.
Астрометрические наблюдения малых тел Солнечной системы за рубежом производятся во многих обсерваториях ввиду большой актуальности поставленных научных задач. Комиссия № 20 (малые тела Солнечной системы) Международного Астрономического Союза периодически организует кооперативные наблюдения в этой области при необходимости накопить большой наблюдательный материал в рамках конкретной научной программы. Одной из таких программ является международная программа наблюдений взаимных явлений в системе главных спутников Сатурна и Юпитера в 2009-2010 гг. В последнюю кампанию наблюдений взаимных явлений в системе галилеевых спутников Юпитера (2003 год) инструменты Пулковской обсерватории обеспечили 10% всех выполненных наблюдений (всего участвовало 36 обсерваторий мира).
В настоящее время прогресс в оптической астрометрии тел Солнечной системы
связан:
-
с созданием наземных автоматизированных телескопов и космических телескопов с ПЗС-приёмниками,
-
с применением высокоточных каталогов положений звёзд и фотометрических характеристик звёзд и других небесных тел,
-
с учетом эффекта хроматической рефракции (атмосферной дисперсии),
-
с разработкой корректной теории редукций позиционных и фотометрических наблюдений для астрометрии,
-
с созданием программных систем обработки ПЗС-наблюдений.
В Пулковской обсерватории, начиная с момента её создания, ведутся регулярные наблюдения планет и малых тел Солнечной системы. Точность пулковских наблюдений соответствует точности лучших зарубежных наблюдений. В последнее десятилетие в Пулковской обсерватории модернизированы и автоматизированы несколько телескопов, в том числе зеркальный астрограф ЗА-320М и менисковый телескоп МТМ-500М. Модернизация и автоматизация телескопа ЗА-320М в Пулкове была признана достижением по линии Научного Совета по астрономии. Были созданы программные системы для обработки ПЗС-наблюдений (АПЕКС, IZMCCD) и программная система ЭПОС для решения широкого круга задач, в том числе и для эфемеридного обеспечения наблюдений.
Основным методом в оптической астрометрии тел Солнечной системы в настоящее время является ПЗС-наблюдения этих тел в системе каталогов HIPPARCOS, TYCHO, USNO-B 1.0, UCAC3. Как показывает опыт наблюдений с ПЗС-приёмниками, возможно получение координат тел Солнечной системы с точностью до 0"01. При наблюдениях с поверхности Земли на определение положений небесных тел оказывают влияние их цветовые характеристики. Поэтому необходимо их учитывать при точных наблюдениях, а для этого необходимо знать распределение энергии в спектре наблюдаемых объектов (или такие величины, например, как B-V, B-R), прозрачность атмосферы, спектральное пропускание атмосферы, оптики и фильтров, спектральную чувствительность приёмника излучения.
Оптические позиционные наблюдения тел Солнечной системы отягощены систематическими ошибками, обусловленными влиянием их геометрических и фотометрических характеристик. Для определения их координат необходимо определять из результатов позиционных наблюдений положение барицентра тела планеты. Но эта точка непосредственно не наблюдается. Поэтому предполагается, что она совпадает с центром фигуры, проекция которой на небесную сферу есть видимый диск планеты. Его координаты необходимо определить из редукций наблюдений. В зависимости от взаимного расположения в пространстве трёх точек — наблюдателя, наблюдаемого тела (планета) и источника освещения (Солнце) — наблюдается, в большинстве случаев, только освещённая часть диска. Поэтому в редукциях наблюдений планет возникает поправка, называемая поправкой за фазу: разность между геометрическим центром диска и центром измеряемого изображения планеты. На величину этой поправки также оказывают влияние такие факторы как: фотометрическая неоднородность отражающей поверхности или атмосферы, геометрические особенности фигуры планеты, функция рассеяния "телескоп + атмосфера", сдвиг изображения планеты за время накопления сигнала, хроматическая рефракция, методы определения фотоцентра изображения, способ регистрации и анализа изображения планеты и т.д. При обработке фотометрических наблюдений взаимных явлений в системе спутников некоторых планет также необходим учёт части указанных выше факторов.
Работы по наблюдению тел Солнечной системы на телескопах ГАО РАН выполняются в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008-2012 годы (Направление фундаментальных исследований: 14. Современные проблемы астрономии, астрофизики и исследования космического пространства, в том числе происхождение, строение и эволюция Вселенной, природа тёмной материи и тёмной энергии, исследование Луны и планет, Солнца и солнечно-земных связей, исследование экзопланет и поиски внеземных цивилизаций, развитие методов и аппаратуры внеатмосферной астрономии и исследований космоса, координатно-временное обеспечение фундаментальных исследований и практических задач).
Цели
Основными целями диссертационной работы являются:
Модернизация и автоматизация телескопов ГАО РАН для выполнения современных астрометрических и фотометрических наблюдений.
Создание современных высокоточных программных средств для астрометрической и фотометрической обработки ПЗС-кадров.
Развитие новой теории редукций позиционных и фотометрических наблюдений для астрометрии.
Проведение и анализ рядов астрометрических и фотометрических наблюдений тел Солнечной системы, в том числе астероидов, сближающихся с Землёй.
Основные положения, выносимые на защиту
Модернизация и автоматизация телескопов ГАО РАН: зеркального астрографа ЗА-320М и менискового телескопа Д.Д.Максутова МТМ-500М.
Создание программной системы АПЕКС для обработки астрометрических и фотометрических ПЗС-наблюдений.
Теория астрометрической редукции позиционных и фотометрических наблюдений тел Солнечной системы с учётом геометрических и фотометрических факторов.
Астрометрические наблюдения и результаты исследования Солнца и планет.
Астрометрические и фотометрические наблюдения и результаты исследования малых тел Солнечной системы, в том числе астероидов, сближающихся с Землёй.
Научная новизна
Научная новизна работы состоит, главным образом, в следующем:
Разработана концепция модернизации и автоматизации астрономических телескопов.
Создан программный комплекс для обработки ПЗС-кадров.
Разработана новая комплексная теория астрометрической редукции позиционных и фотометрических наблюдений тел Солнечной системы с учётом геометрических и фотометрических факторов.
Получены астрометрические и фотометрические ряды наблюдений тел Солнечной системы.
Получены новые данные об астероидах, в том числе сближающихся с Землёй.
Практическое значение
Практическое значение диссертационной работы состоит в том, что:
Разработанная концепция модернизации и автоматизации астрономических телескопов может быть использована (и используется) для проведения подобных работ в обсерваториях страны.
Созданная программная система АПЕКС используется для обработки ПЗС- наблюдений в обсерваториях и других учреждениях России и за рубежом.
Теория астрометрической редукции позиционных и фотометрических наблюдений тел Солнечной системы с учётом геометрических и фотометрических факторов используется при обработке наблюдений планет и повышения точности наблюдений.
Результаты модельных расчетов по созданию динамической системы координат для космического каталога могут быть использованы при планировании космических миссий.
Ряды астрометрических и фотометрических наблюдений тел Солнечной системы могут быть использованы для уточнения орбит небесных тел и их физических характеристик.
Полученные новые данные об астероидах, в том числе сближающихся с Землёй, могут способствовать изучению их происхождения.
Результаты данной работы могут найти применение в ГАО РАН; ИНАСАН; ГАИШ МГУ; ИПА РАН; Санкт-Петербургском, Казанском (Приволжском), Томском, Екатеринбургском, Южно-Уральском, Киевском, Харьковском университетах; ГАО НАНУ (Украина); Николаевской обсерватории (Украина); Международном планетном центре (США) и других организациях.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 169 работ (без тезисов), из них — 17 в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторской диссертации.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на научных семинарах ГАО РАН, на Всесоюзных, Всероссийских и международных конференциях:
IAU XIXth General Assembly, New Delhi, India, November 18 - 30, 1985.
IAU Colloquium Nr.100 "Fundamentals of Astrometry", Belgrade, Yugoslavia,
September 8 - 11, 1987.
VII International Lohrman colloquium, Germany, Drezden, March 21-25, 1988.
IAU Symposium Nr. 141, "Inertial Coordinate System on Sky", Lenigrad, Pulkovo, October 17-21, 1989.
II Всесоюзная школа-семинар по программе "Орбита", Тирасполь, Молдавия, 2-12 сентября, 1990.
Конференция "Эфемеридная астрономия и позиционные наблюдения", Ленинград, ИТА РАН, 23-25 апреля, 1991.
Конференция "Организация программ наблюдений высокоорбитальных спутников Земли и небесных тел Солнечной системы", СПб, ИТА РАН, 21-26 сентября,1992.
Second International Workshop on Positional Astronomy and Celestial Mechanics, Spain, Valencia, Ortober 19-22, 1992.
1-ая Российская астрометрическая конференция, СПб, ГАО РАН, 4-8 октября, 1993.
VIII International Lohrman Colloquium, Germany, Drezden, March 22-27, 1993.
Зверевские чтения, СПб, ГАО РАН, 15-17 апреля, 1993.
Conference "Dynamics and Astrometry of Natural and Artificial Celestial Bodies", Poznan, Poland, September 13-17, 1993.
IAU Symposium Nr. 172 "Dynamics, Ephemerides and Astrometry in Solar System", Paris, July 3-8, 1995.
IAU Colloquium 165 "Dynamics and Astrometry of Natural and Artificial Celestial Bodies", Poznan, Poland, July 1-5, 1996.
"Fourth International Workshop on Positional Astronomy and Celestial Mechanics", Peniscola, Spain, October 7-11, 1996.
Vth Workshop on Mutual Events and astrometry of Planetary Satellites, Catania, Italy, March 4-8, 1997.
Конференция "Астрометрия, геодинамика и небесная механика на пороге XXI века", СПб, ИПА РАН, 19-23 июня 2000 г.
Конференция "Околоземная астрономия XXI века", Звенигород, 21-25 мая, 2001.
Юбилейная научно-практическая конференция, посвященная 40-летию первого полета Человека в космос, Санкт-Петербург, ВИКУ им. А.Ф.Можайского, 1-3 апреля, 2001.
XII научно-техническая конференция "Пути развития телевизионных фотоэлектронных приборов и устройств на их основе", СПб, ЦНИИ Электрон, 27-29 июня, 2001 г.
ВАК-2001, СПб, АИ СПбГУ, 4-9 августа 2001 г.
ВАК-2004, "Горизонты Вселенной", Москва, МГУ, ГАИШ, 3-10 июня, 2004.
Всероссийская конференция "Астероидно-кометная опасность - 2005 (АКО- 2005)", СПб, ИПА РАН, 11-14 мая, 2005.
Конференция "Астрономия 2005 - современное состояние и перспективы", Москва, ГАИШ МГУ, 1 - 6 июня 2005.
Конференция "Астрономия 2006. Традиции, настоящее и будущее", СПб, АИ СПбГУ, 3-5 июня 2006.
XXVIth IAU General Assembly, Prague, Czech Republic, August 15-24, 2006.
Международная конференция "Расширение сотрудничества в наземных астрономических исследованиях государств юго-восточной Европы. Изучение объектов околоземного пространства", Николаев, Украина, 25-28 сентября, 2006.
1-я научно-техническая конференция "Информационно-техническое обеспечение полигонных (космодромных) испытаний вооружения и военной техники", В.Новгород, ОАО «Арминт», 26-28 июня, 2006.
Conference "Mutual events of the Uranian satellites in 2007-2008 and further observations", Paris, France, November 15-18, 2006.
Международная конференция "Наблюдение околоземных космических объектов", Звенигород, 24-26 января, 2007.
Международная конференция "Околоземная астрономия 2007", Терскол, КБР, 3-7 сентября, 2007.
Международная конференция "Наблюдение околоземных космических объектов", Звенигород, 24-26 января 2008.
Международная конференция "Dynamics of Solar System Bodies", Томск, 27-31 июля, 2008.
Международная конференция "Earth-based support to GAIA Solar System Science". Beaulieu sur Mer, France, October 27-28, 2008.
Международная конференция Санкт-Петербургского отделения Российского национального комитета по истории и философии науки и техники: "Вызов неосвоенного пространства Российской империи: экспедиционная деятельность Академии наук в XVIII-XIX веках (к 275-летию с начала второй Камчатской экспедиции)", 24-28 ноября, 2008.
Всероссийская астрометрическая конференция "Пулково-2009", СПб, Пулково, 15-19 июня, 2009.
International Conference on Space Technology, Greek, Saloniky, August 24-26, 2009.
IAU XXVIIth General Assembly, Rio de Janeiro, Brazil, August 3-14, 2009.
Международная конференция "ACH-2009", Санкт-Петербург, ИПА РАН, 21-25 сентября 2009.
Международная конференция "Astronomy and World Heritage: Across Time and Continents", Казань, 19-26 августа, 2009.
Международная конференция "Методы и инструменты в астрономии: от телескопов Галилея до космических проектов", Николаев, Украина, 16-19 ноября, 2009.
ВАК "От эпохи Галилея до наших дней", Нижний Архыз, 12-19 сентября, 2010.
"GAIA Follow-up Network for Solar System Objects (GAIA-FUN SSO)" Workshop, Paris Observatory, Paris, France, November 29 - December 1, 2010.
Результаты, полученные в работе, пять раз входили в списки «Важнейших достижений в области астрономии» Научного совета по астрономии ОФН РАН и два раза в списки Российской академии наук.
Структура и объем диссертации.
