Введение к работе
Актуальность работы.
Научные исследования метеорных явлений до начала XXI века основывались на огромном массиве визуальных наблюдений, при которых регистрация метеоров велась с низкой координатной точностью; на результатах радиолокационных наблюдений, не отличающихся высокой разрешающей способностью, и на сравнительно небольшом материале фотографических регистрации. Эти исследования показали существование в космосе потоков, состоящих из метеорных тел, в каждом из которых эти тела движутся по очень близким орбитам. Современная метеорная астрономия ставит задачу изучения свойств всех этих потоков, а также физических характеристик составляющих их частиц на материале объективных регистрации метеорных явлений. Поскольку каждое метеорное явление является неповторимым, и его повторное наблюдение принципиально невозможно, накопление регистрации метеорных явлений оказывается определяющим моментом при изучении метеоров. При этом важно не только получить достоверные данные о движении и свойствах метеорной частицы, но и точно определить ее принадлежность к одному из метеорных потоков, чтобы иметь возможность исследовать свойства потока как ансамбля принадлежащих ему частиц.
Теория движения метеорных тел с космическими скоростями в атмосфере более или менее развита только для крупных тел, поскольку она основана на надежных фотографических регистрациях их полета с высоким временным разрешением, достигнутым благодаря высокой яркости болидных явлений и применению обтюраторов. Развитие теории сгорания метеоров малой массы сдерживается отсутствием наблюдательного материала надлежащего качества, относящегося к слабым метеорам.
Поэтому накопление наблюдательных регистрации метеоров малой яркости с высоким временным разрешением является первоочередной задачей, призванной служить экспериментальной базой для построения и проверки теории метеорных явлений. При этом регистрации должны быть с большой степенью точности соотнесены с конкретными метеорными потоками, чтобы при анализе их свойств исключить метеоры из других потоков, а также выявить все наблюдаемые потоки и уменьшить спорадическую составляющую среди метеорных регистрации. Отсюда вытекает актуальность разработки алгоритма однозначного определения принадлежности зарегистрированных метеоров к анализируемым потокам.
В процессе подобного отождествления возникает ряд важных вопросов, касающихся непосредственно существования метеорных потоков, с которыми производится отождествление, т.к. далеко не все потоки, указанные в тех или иных каталогах, в настоящее время существуют, а радианты каталогизированных потоков не всегда являются достоверными. Поэтому крайне необходима верификация всех (по возможности) действующих метеорных потоков и уточнение координатных характеристик у наблюдаемых потоков.
В мировой практике регистрации и изучения метеорных явлений обычно принято представлять в публикациях только конечные результаты исследований,
что не позволяет другим исследователям проводить их перепроверку или анализировать полученный материал с других позиций. Поэтому в данной работе предпринята попытка предоставить научному сообществу не только открытый доступ к результатам обработки наших регистрации и сформированному на их основе Верифицированному каталогу метеорных потоков (ВКМП), но и к исходному наблюдательному материалу, в частности, к Банку данных метеорных регистрации (БДМР), а также к программному обеспечению, разработанному для обработки данного материала.
Ввиду того, что процесс сгорания частиц космического мусора в атмосфере Земли аналогичен процессу сгорания метеороидов, существует возможность регистрации и прямого исследования явлений самоочистки космоса от частиц искусственного происхождения, что особенно актуально в контексте обеспечения безопасности запусков и безаварийной работы космических аппаратов. В то время как исследование засорения околоземного космического пространства (ОКП) основано на использовании различных компьютерных моделей и надежно подтверждается только в области крупноразмерных элементов космического мусора, его малоразмерная фракция никак не исследуется обычными средствами контроля космоса. Эта лакуна тоже может быть закрыта при проведении метеорных наблюдений.
Таким образом, настоящая диссертация посвящена решению совокупности проблем метеорной астрономии как наблюдательной науки, начиная с обоснования характеристик наблюдательной техники, накопления наблюдательных данных о метеорных явлениях, получаемых объективными методами, и заканчивая предварительной обработкой получаемых метеорных регистрации. В диссертации приведены примеры использования полученного наблюдательного материала для анализа структуры и свойств отдельных метеорных потоков и самоочистки околоземного пространства от космического мусора.
Цели работы.
Сформулировать и обосновать требования к современной наблюдательной аппаратуре для получения объективных регистрации метеорных явлений различной природы.
Получить наблюдательный материал на предельном уровне проницающей силы и точности угловых измерений для решения актуальных задач метеорной астрономии.
Разработать критерии и методы программного выявления принадлежности метеоров к потокам, а также определения координат радиантов потоков. Применить данное программное обеспечение к полученным метеорным регистрациям.
4. Уточнить перечень действующих метеорных потоков, характеристики
которых подтверждаются объективными телевизионными регистрациями
(составить верифицированный каталог).
5. Составить на основе прямых телевизионных наблюдений высокой
точности, охватывающих метеоры до +8,5 включительно, доступный для
других исследователей банк данных регистрации метеоров (в составе
Виртуальной обсерватории).
6. Рассмотреть применимость методов метеорной астрономии к исследованию
событий, вызванных сгоранием элементов космического мусора в атмосфере
Земли.
Научная новизна работы.
Впервые реализованы массовые наблюдения метеоров до +8,5
включительно с временным разрешением 129 мсек. при средней координатной
точности регистрации до 2' дуги.
Составлен Банк данных метеорных регистрации, состоящий из 3616 метеорных событий, полученных в период с июля по декабрь 2006 г., и прошедших предварительную обработку.
Разработан новый метод геометрического определения индивидуального радианта метеора по данным односторонних телевизионных наблюдений.
Разработан алгоритм и составлено программное обеспечение для
определения принадлежности метеоров к анализируемым потокам, позволившие
в 2-^4 раза повысить уровень отождествления метеоров по сравнению с мировой
практикой.
Предложен новый критерий объективной оценки активности метеорных
явлений в форме Индекса метеорной активности (ИМА), позволяющий
вычислить темп притока метеорного вещества на Землю без использования
каких-либо экстраполяции.
Впервые проведена проверка действующих во втором полугодии метеорных потоков на основе высокоточных телевизионных регистрации (составлен Верифицированный каталог метеорных потоков).
Впервые получены регистрации фактов сгорания элементов искусственного космического мусора субсантиметрового размера и предложен метод исследования прежде недоступной для наблюдений компоненты космического мусора.
Научная и практическая значимость работы.
Получен обширный наблюдательный материал, беспрецедентный по точности и проницающей силе, на основе которого могут быть выполнены исследования миграции малоразмерного вещества Солнечной системы. В частности, заложена практическая основа для создания новой отечественной модели метеорного вещества и развитие «ГОСТ 25645/128-85 - метеорное вещество».
Получены экспериментальные данные, на основании которых могут быть исследованы риски поражения космических аппаратов в околоземном пространстве частицами природного и искусственного космического мусора.
На основе накопленного материала могут быть начаты теоретические исследования процессов сгорания маломассивных частиц в разреженной атмосфере на гиперзвуковых скоростях.
Разработан пакет программ для проведения обработки телевизионных регистрации и уточнения характеристик метеорных потоков, доступный широкому кругу пользователей и прошедший тестирование на анализе полученного наблюдательного материала.
Проведено исследование характеристик нескольких сотен метеорных потоков, подтверждено существование значительной их части, уточнены параметры активности и координаты радиантов потоков, для нескольких десятков потоков построены участки дрейфа.
Достоверность полученных результатов.
Полученные метеорные регистрации, прошедшие обработку по разработанной и описанной в диссертации методике, уверенно подтверждают существование известных метеорных потоков из каталогов Центра метеорных данных MAC (MDC IAU) и Международной метеорной организации (IMO). Уточненные характеристики метеорных потоков дают возможность расширения уже существующих каталогов метеорных потоков.
Доступность исходного наблюдательного материала, программного обеспечения и результатов обработки дают возможность проведения независимых проверок и разностороннего анализа представленных в диссертации результатов.
Комплекс программ для обработки метеорных регистрации зарегистрирован в Роспатенте, внесен в Реестр программ для ЭВМ и опубликован на веб-сайте ИНАСАН для открытого пользования.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались автором и обсуждались на научных семинарах ИНАСАН, ИДГ РАН, САО РАН, ГАО РАН, НИИМ МГУ, ГАО НАНУ (Киев, Украина), на конкурсах молодых ученых ИНАСАН (2006 г., 2008 г., 2009 г., 2010 г.), а также были представлены на следующих российских и международных конференциях:
1. The 10th Open Young Scientists' Conference on Astronomy and Space Physics,
April 22-26, 2003. Kiyv, Ukraine.
2. Международная конференция «Околоземная Астрономия - 2003», 8-13
сентября 2003 г. П. Терскол (КБР), Россия.
Всероссийская астрономическая конференция «Горизонты Вселенной», 3-10 июня 2004 г. Москва, Россия.
The 35th COSPAR Scientific Assembly, July 18-25, 2004. Paris, France.
Восьмой съезд Международной общественной организации Астрономическое общество и Международного симпозиума «Астрономия - 2005: Состояние и перспективы развития», 1-6 июня 2005 г. Москва, Россия.
IAU Symposium 229: Asteroids, Comets, Meteors, August 7-12, 2005. Rio de Janeiro, Brazil.
7. Международная конференция «Околоземная Астрономия - 2005», 19-24
сентября 2005 г. Казань, Россия.
8. Международная научная конференция «Наблюдение околоземных
космических объектов», 23-25 января 2007 г. Звенигород, Россия.
9. 2007 Planetary Defense Conference, March 5-8, 2007. Washington, USA.
10. Международная конференция «Околоземная Астрономия - 2007», 3-7
сентября 2007 г. Казань, Россия.
International Conference «The Solar System Bodies: from Optics to Geology», May 26-29, 2008. Kharkiv, Ukraine.
Международная конференция «100 лет Тунгусскому феномену: прошлое, настоящее, будущее», 26-28 июня 2008 г. Москва, Россия.
Memorial International Conference «САММАС-2008», September 28 - October З, 2008. Vinnitsa, Ukraine.
Международная конференция «Near Earth Astronomy», 22-26 августа 2009 г. Казань, Россия.
Сорок четвертые научные чтения памяти К.Э. Циолковского, 15-17 сентября 2009 г. Калуга, Россия.
Всероссийская астрономическая конференция «От эпохи Галилея до наших дней», 12-19 сентября 2010 г. Нижний Архыз, Россия.
Положения, выносимые на защиту.
1. Обоснование требований к научной аппаратуре и построение
телевизионной системы для метеорных наблюдений; исследование
характеристик используемой техники; оптимизация работы камер поддержки
при базисных наблюдениях.
2. Комплекс программ для определения принадлежности метеоров к
известным потокам и вьшисления координат радиантов потоков; метод
геометрического определения индивидуального радианта метеора,
использующий данные односторонних наблюдений; Индекс метеорной
активности.
Массив из 3616 регистрации метеорных событий до +8т,5 включительно, повысивший на 2т,5 предел ранее исследованных метеоров, который получен в процессе наблюдений (вошедший в БДМР).
Результаты обработки массива наблюдений второго полугодия 2006 г. (использованные при составлении ВКМП): исследование 381 метеорного потока и подтверждение существования 131 потока; уточнение положения 55 радиантов; построение параметров дрейфа радиантов 20 потоков; уточнение периодов активности для большого количества метеорных потоков.
5. Метод исследования популяции малоразмерного космического мусора в ОКП на основе метеорных наблюдений сгорания его элементов.
Личный вклад автора.
Личный вклад автора состоит в анализе научных задач метеорной астрономии и в формулировке требований к научной аппаратуре для метеорных наблюдений. Автор принимал участие в проведении наблюдений и обработке полученных регистрации. Им осуществлялась разработка методики обработки телевизионных регистрации метеорных явлений, в частности создание математического аппарата и алгоритмов, написание текстов программ и их адаптация; проведение численных расчетов, обработка и анализ экспериментальных данных; исследование характеристик применяемой наблюдательной техники; создание БДМР и построение ВКМП.
Структура и объем диссертации.
