Введение к работе
Актуальность темы и состояние вопроса.
Изучение комет издавна привлекало внимание исследователей. Например, астрономы, наблюдая за ними, узнали о физическом строении и химическом составе их атмосфер, об их орбитах, научились с большой точностью предсказывать возвращение периодических комет. По современным представлениям, кометы являются одними из древних объектов, содержащих замороженное "первичное" вещество, из которого образовались все тела Солнечной системы.
Развитие радиоастронимических методов, таких как просвечивание комет с помощью естественных радиоисточников (например, квазаров), позволило изучить плазменные процессы в хвостах комет и оценить плотности электронов в них. А в 1985 г, во время пролета космического аппарата ice через хвост кометы Джакобини-Зиннера, по данным затмения радиошума Галактики и Земли плазменным хвостом кометы впервые было получено распределение электронной концентрации в поперечном сечении хвоста этой кометы. Тем не менее целый ряд вопросов, такие как физическое строение и химический состав ядер, процессы, происходящие в голове во время полета комет вблизи Солнца оставались неисследованными.
Самой известной кометой Солнечной системы является комета Гал-лея. Во время предыдущего появления в 1910 г. ее можно было даже наблюдать невооруженным глазом. Был накоплен большой объем результатов наблюдений, среди которых наиболее ярко выделялись процессы взрывного характера в ядре, голове; появление на фоне диффузного свечения головы светящихся колец - пылевых галосов; явления отрывов ее плазменных хвостов и др. явления. Поэтому, именно к комете Галлея во время ее нынешнего появления впервые был организован зе-
4 мной десант из пяти космических аппаратов (КА), состоящий из двух советских (Вега-1 и Вега-2), европейского (Джотто) и двух японских (Сакигаке и Суисей) аппаратов.
В научных программах значительное место занимало изучение прямыми методами характеристик плазмы, плазменных процессов в голове кометы. Проводились измерения энергетических спектров ионов, электронов,, потоков ионов солнечного ветра и кометных ионов, электрических и магнитных полей и других характеристик кометы. Большое внимание было уделено и измерении характеристик пылевой ком-поненты в ней в широком диапазоне масс частиц 10 < m <10 г.
Во время пролета космических аппаратов Вега-1 и Вега-2 через голову кометы Галлея была предоставлена возможность осуществить радиозондирование двумя когерентными сигналами с длинами волн 32 см и 5 см ее оболочки с целью изучения электронного содержания головы кометы и влияния потоков пыли на динамику полета КА. Аналогичные эксперименты были запланированы и с помощью КА Джотто, но было проведено лишь одночастотное радиозондирование с длиной волны 3.5 см для изучения влияния пылевых потоков головы кометы на динамику полета КА на более близких расстояниях к ядру кометы, чем в случаях с КА Вега.
Распределения электронов в голове кометы являются одними из необходимых характеристик кометной плазмы для изучения взаимодействия солнечного ветра с кометами, для получения (из сопоставлений с распределениями ионов) особенностей плазмы во внутренней оболочке кометы, а также для изучения явления ионизации нейтрального газа плазмой при наличии магнитного поля.
' Изменения в динамике полета космических аппаратов в голове
5 кометы, определяемых из данных радиозондирования, прямо связаны с кометной пылевой комлонентой. Это позволяет оценить возможность появления пылинок с достаточно большими массами (ш > 10 г) в кометной оболочке на больших расстояниях от ядра, а также изучить явления, связанные о высокоскоростными ударами этих частиц о поверхность КА (скорость столкновения - ~80 км/с).
Целью диссертационной работы является разработка методики решения обратной задачи двухчастотного радиозондирования применительно к реальным условиям эксперимента, получение данных об электронной концентрации в голове кометы Галлея при различных расстояниях от ядра и оценок эффективной массы пыли, столкнувшейся с "сосмическими аппаратами.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
На основе экспериментальных результатов, полученных с помощью аппаратов Вега-I и Вегз-2, впервые исследованы изменения частоты и фазы радиоволн при просвечивании оболочки кометы Галлея.
-
По данным радиопросвечивания определены профили электрон-гой концентрации при различных расстояниях от ядра кометы вдоль ісєй траектории обоих аппаратов.
-
Изучена динамика высокоскоростного движения аппаратов в сометной среде и получены оценки эффективной массы пыли, влиявшей іа динамику полета аппаратов в ней.
Достоверность полученных результатов подтверждается хорошим югласием статистических характеристик параметров радиоволн, порченных в контрольных сеансах, с многочисленными аналогичными ітатистическими характеристиками параметров радиоволн, имеющихся і литературе, согласием количественных величин параметров радио-
волн, полученных разными измерителями, согласием полученных да ных об электронной концентрации и эффективной массе пыли с да: ными прямых измерений, а также подкрепляется тщательным анализ особенностей и условий проведения экспериментов, источник погрешностей.
Научная и практическая ценность. В научном плане представл ет интерес исследование электронного содержания в кометной зап ленной плазме при ее радиопросвечивании. Полученные распределен электронной концентрации при различных расстояниях от ядра допо няют известные сведения о плотности плазмы в голове кометы Га лея. Исследование оболочки кометы Галлея методом радиозондиров ния с использованием двух диапазонов длин волн 32 и 5 см пре ставляет собой дальнейшее развитие радиофизических методов изуч ния разреженных плазменных образований.
В практическом плане результаты, относящиеся к исследован пылевой компоненты оболочки кометы, могут быть использованы д анализа условий движения космических аппаратов во время провед ния экспериментов по изучению других комег и околосолнечного пр странства.
Защищаются следующие положения и результаты.
-
Двухчастотное радиозондирование оболочки кометы Галлея предложенный анализ полученных экспериментальных данных обеспеї вают раздельное изучение плазменной и пылевой компонент среды.
-
Разработанная методика решения обратной задачи позволї получить из данных двухчастогного радиозондирования высотные ps пределения электронной концентрации в плазменной оболочке коме при сближении КА с ядром и при удалении КА от него.
-
Распределение концентрации электронов имеет максимум рав-3 (2.2+3.6)-10 см на расстоянии около П.5 тыс. км от ядра леты Галлея. Концентрация электронов уменьшается обратно про-зционально квадрату расстояния от ядра кометы в диапазоне рас-5ЯНИЙ от '"П.5 тыс. км до 60 тыс. км.
-
Предложенная методика определения эффективной массы коме-зй пыли, столкнувшейся с КА, из данных двухчэстотного радиозон-ювания позволяет получить оценки эффективной массы лили. Ос-шой вклад в эффективную массу вносят пылевые частицы кометной ілочки с массой ст 10 ' г до 10 г.
Диссертация состоит ив введения, 5 глав, заключения и биб-
>грзфии, содержит 142 стр. млг. текста, 49 рисунков и 6 таблиц.
