Борис Шустов - Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра

Первые работы по моделированию выброса вещества из ядра кометы и образованию метеороидного роя были выполнены в нашей стране в 60-х гг. XX в. Первые результаты по моделированию четырех наиболее известных в то время роев — Дракониды (комета Джакобини — Циннера), Леониды (1866 I), Персеиды (1862 III) и Тауриды (комета Энке) — показали перспективность разрабатываемого метода исследования [Катасев, Куликова, 1975; Katasev and Kulikova, 1970]. В дальнейшем аналогичные исследования были осуществлены для метеороидных роев, связь которых с определенными кометами не являлась общепризнанной. Это метеороидные рои Лириды, Урсиды, Андромедиды, Ориониды и η-Аквариды, α-Каприкорниды. В качестве комет-родоначальниц принимались кометы 1861 I, 1939 X, 1852 III (Биэлы), 1910 II (Галлея), 1954 III соответственно. На этом этапе моделирование процесса выброса вещества из ядра кометы-родоначальницы осуществлялось в самой неспокойной точке орбиты кометы — перигелии. Развитие этого метода заключалось в разработке и применении вероятностно-статистического алгоритма, моделирующего процесс выброса метеорного вещества из ядра кометы-родоначальницы в любой точке кометной орбиты. Применение методов Монте-Карло в данном случае позволило более детально исследовать вопрос о возможности образования метеороидных роев, ибо постепенное снятие ограничений при постановке задачи приближает к реальному процесс, изучаемый с помощью математических методов. В ходе исследования был выявлен характер изменений отклонений орбитальных элементов модельных частиц, выброшенных с различными скоростями, от элементов орбиты соответствующей кометы-родоначальницы при удалении точки выброса от перигелия; выявлена зависимость изменения величины этих отклонений как функции скорости выброса; определены границы интервалов скоростей выброса, ответственных за образование каждого исследуемого роя. Получены некоторые тенденции формирования метеорных роев как следствия процессов выброса, проявляющиеся при удалении точки выброса от перигелия кометной орбиты, а также специфические особенности формирования каждого из вышеназванных роев. Оказалось, что если метеороидный рой есть результат серии выбросовых процессов, возникающих при приближении кометы к Солнцу, то в нем может быть выявлена продольная лучевая структура.

К настоящему моменту разработана компьютерная технология для исследования возможности образования и дальнейшей эволюции метеороидных комплексов на значительных временны́х интервалах. Эта технология модульная. Одним из ее достоинств является принцип открытости и наращиваемости — фундаментальный принцип проектирования современных операционных систем. Это позволяет наращивать функции технологии и при необходимости легко заменять или расширять список применяемых алгоритмов. В последние годы опубликовано довольно много сведений о целом ряде малых небесных тел, наблюдавшихся в течение длительных промежутков времени, что позволяет проводить вероятностное моделирование на основе более или менее достоверных начальных данных. Так, диапазон наблюдений кометы Галлея (1910 II) охватывает 26 появлений с 1404 г. до н. э. по 1986 г. н. э., кометы Джакобини — Циннера — свыше 11 появлений, начиная с 1910 г., кометы Григга — Шьеллерупа — 18 появлений с 1907 г., комета Темпеля — Туттля II наблюдается с 1533 г., комета Понса — Виннеке — с 1819 г. и т. д. Такая ситуация позволяет использовать компьютерную технологию как один из способов изучения населенности ближнего и дальнего космоса фрагментами распада ядер родительских тел. На рис. 5.18 (см. вклейку) и 5.19 представлены некоторые результаты моделирования процесса дезинтеграции вышеперечисленных комет в определенные моменты их жизненного цикла и расположения в пространстве возникающих при этом метеороидных комплексов.

Рис. 5.19. Модели метеороидных комплексов в области между Землей и Марсом, образованных кометами Галлея, Джакобини — Циннера, Понса — Виннеке, Темпеля — Тут-тля и Григга — Шьеллерупа в процессе их дезинтеграции в период 1900–2000 гг. [Куликова и др., 2008]

В сочетании с данными наблюдений метеорных потоков может быть получена вполне реальная картина заполнения определенного региона космического пространства мелкими и очень мелкими фрагментами распада более крупных небесных тел. Кроме того, результаты моделирования помогают выявить основные тенденции изменения орбитальных элементов выброшенных фрагментов и установить взаимосвязь рассматриваемых родительских комет с известными метеорными потоками.

В настоящее время в мире существует несколько специализированных служб, задачей которых является обнаружение малых тел Солнечной системы в окрестности Земли. В табл. 6.1 приводятся сведения о современных специализированных средствах (программах и инструментах) для обнаружения АСЗ. В конце таблицы приведены некоторые инструменты, эпизодически использующиеся для этих целей. На рис. 6.1 и 6.2 (см. вклейку) показана статистика работы основных действующих служб по открытию новых астероидов, сближающихся с Землей. При том, что интегральное число обнаруженных тел продолжает расти, из рис. 6.2 следует, что число вновь обнаруживаемых тел с размерами свыше 1 км уменьшается. Это говорит о постепенном «вычерпывании» всех таких объектов.

Остановимся, прежде всего, на описании инструментов и используемого оборудования обсерваторий, вносящих наибольший вклад в реализацию обзора «Космическая стража». В обзорной программе «Космическая стража» координируется несколько программ. Каждая программа выполняется на одном или нескольких инструментах обсерваторий, главным образом США и Австралии. Отметим, что приводимые ниже статистические данные по обнаружению астероидов размером более 1 км получены при условии, что абсолютная звездная величина километрового астероида равна 17,75 m, а не 18,00 m, как это принималось еще пару лет тому назад. Это изменение явилось следствием переоценки среднего значения альбедо АСЗ. Понятно, что количество астероидов размером более 1 км при этом уменьшилось.

Spacewatch Project. Исторически первый специализированный обзорный телескоп с апертурой 0,9 м установлен на обсерватории Стьюарда Аризонского университета на горе Китт Пик, штат Аризона, США (http://spacewatch.lpl.arizona.edu/). В настоящее время в проекте используются два телескопа диаметром 0,9 м и 1,8 м. Доступная видимая звездная величина составляет 21,7 mи 23,5 mсоответственно. На телескопе с зеркалом 0,9 м устанавливаются два приемника излучения (ПЗС-камеры). Один — на основе мозаики из четырех ПЗС-матриц размером 4608 × 2048 пиксел каждая, второй — на основе одиночной ПЗС-матрицы размером 2048 × 2048 пиксел. Поле зрения первой системы — 2,9 кв. град., второй — примерно 0,1 кв. град. На телескопе 1,8 м установлена ПЗС-камера с матрицей 2048 × 2048 пиксел и полем зрения примерно 20′ × 20′. За время существования проекта открыто 604 АСЗ, из них 42 имеют диаметр более 1 км.