CC BY
33
ТВ. Жуков, М.Г. Ишмухаметова, Е.Д. Кондратьева, Е. Масленникова Метеорный рой Персеид по наблюдениям кометы Овифта-Туттля
Г.В. Жуков, М.Г. Ишмухаметова, Е.Д. Кондратьева, Е. Масленникова
Казанский государственный университет
МЕТЕОРНЫЙ РОЙ ПЕРСЕИД ПО НАБЛЮДЕНИЯМ КОМЕТЫ СВИФТА - ТУТТЛЯ
Введение
Метеорный комплекс Солнечной системы существенно влияет на физико-химические процессы, протекающие в верхних слоях атмосферы и оказывающие непосредственное влияние на биосферу Земли. Метеорное вещество оказывает воздействие на возбуждение и ионизацию атомов атмосферы, влияет на ее прозрачность и диффузию. Проблема накопления и оттока метеорной пыли связана и с выпадением метеорного вещества на поверхность Земли. Количество столкновений метеороидов с молекулами атмосферы и метеоритов с поверхностью Земли значительно увеличивается в период действия метеорных потоков. По оценкам различных авторов приток метеорного вещества в систему Земля - Луна в интервале масс от 10-8 г до 10 г колеблется между 50 - 100 т в сутки, из которых примерно 20 т дают метеорные потоки в период их максимума. Как видим из табл. 1, суммарный вклад только пяти ежегодно активных потоков составляет в год около 2 - 3 т притока вещества, причем с учетом продолжительности действия наибольший вклад дает метеорный
поток Персеид.
Метеорный поток Персеид или просто Персеиды имеют очень сложную структуру как в поперечном, так и в продольном сечении. Это связано прежде всего с тем, что родительская комета роя - комета Свифта-Туттля 1862 III - до сих пор активна и дает интенсивные выбросы частиц, постоянно изменяя структуру роя. Другая особенность роя состоит в том, что орбиты частиц Персеид имеют очень большой разброс в значениях больших полуосей - порядка 10^20 а.е. (астрономических единиц) как для крупных частиц в диапазоне масс до 10-3 г, так и для более мелких частиц. Как правило, частицы метеорных роев имеют орбиты, близкие к орбите родительской кометы роя. Возможны следующие причины дисперсии больших полуосей орбит частиц роя. Во-первых, это результат действия гравитационных (возмущения со стороны планетных систем) и негравитационных эффектов (действия излучения солнечного света и его переизлучения, катастрофические столкновения с другими частицами) в течение длительного интервала времени на частицы роя. Степень влияния гравитационных эффектов на изменение размера орбиты зависит от ориентации орбиты частицы относительно плоскости эклиптики, а негравитационных эффектов - от плотности, формы и массы частицы. Во-вторых, причиной может быть характер процесса выброса частицы из ядра кометы, определяющий скорость ее выброса. Чем больше скорость выброса частицы, тем боль-
шее изменение в значении большой полуоси она имеет относительно размера орбиты самой кометы. Для метеорных роев скорость выброса метеорного вещества различна и для большинства из них точно неизвестна. Не исключено, что причиной значительной дисперсии в значениях большой полуоси в рое одновременно являются и длительная эволюция роя, и большие скорости выбросов частиц из ядра родительской кометы.
Целью работы было моделирование образования метеорного роя Персеид при определенных начальных условиях и анализ полученного разброса больших полуосей орбит тестируемых частиц. Начальные условия определяют положение точки выброса на орбите кометы, направление и значение его скорости. Для их уточнения наиболее целесообразно использовать наблюдения родительской кометы роя в момент ее прохождения через перигелий орбиты. Наблюдаемые хвосты и отдельные излияния дают основные направления выбросов, а определения их угловой длины и смещения позволяют оценить скорость истечения вещества, степень активности и интенсивности процесса дезинтеграции кометы.
Рис. 1. Комета Свифта-Туттля 1862 г. по рисункам А. Виннеке соответственно по датам 28 /VIII, 1/1Х, 4 /IX1862 г.
Наблюдения кометы Свифта-Туттля
Комета Свифта-Туттля 1862 III имеет период обращения вокруг Солнца 130 лет и достоверно наблюдалась только два раза - в 1862 и 1992 гг. По наблюдениям в 1992 г. определен радиус ядра кометы, равный 15 ±3 км (Рошепкоуа е1 а1., 1995) (это в 34 раза массивнее, чем у известной кометы Галлея). Было отмечено два выброса вещества: в период с 7 по 17 ноября и с 24 по 29 ноября, то есть еще до прохождения кометой перигелия орбиты в декабре 1992 г. Причем подтверждено, что положение активных зон выброса на поверхности ядра совпадает с активными зонами, наблюдавшимися в момент сближения кометы с Солнцем в 1862 г. Другие подробные характеристики процесса разрушения кометы в 1992 г. пока широко в печати не публиковались и не обсуждались.
поток Период действия кг\сут.
Квадрантиды 1-5 января 475
Л ириды 25 апреля -5 мая 160
Персеиды 1-25 августа 730
Ориониды 10-20 октября 16
Геминиды 10-18 декабря 840
Табл. 1. Принос вещества метеорными потоками.
Т 1862 Aug. 23,4229 1992 Dec. 12,3241
(О 152,7737° 153,0014°
а 139,3714° 139,4444°
i 113,5664° 113,4265°
q 0,962658 0,958220
е 0,962798 0,958220
Р 131 135
а 25,87025 а.е. 26,31678 а.е.
Табл. 2. Элементы орбиты кометы Свифта-Туттля 1862 III (угловые элементы орбиты даны на эпоху 2000.0).
Табл. 2. Элементы орбиты кометы Свифта-Туттля 1862 III (уугловые элементы орбиты даны на эпоху 2000.0).
г— научно-технический журнал к_ш
(14) 7.ппЛ 21
Г. В. Жуков, М.Г. Ишмухамегова, Е.Д. Кондратьева, Е. Масленникова Метеорный рой Персеид по наблюдениям кометы Овифта-Туттля
№ Скор. V м/с е а (а..е.)
1 -5 0,96234 25,55331
2 -50 0,95819 23,01694
3 -150 0,94898 18,86331
4 -250 0.93979 15.98538
5 -310 0,93429 14,64712
№ Скор. V м/с е а (а.е.) О)"
6 + 50 0,96280 25,87214 152,6364
7 + 400 0,96298 25,99152 151,6754
8 + 2000 0,96719 29,28632 147,2969
9 + 3000 0,97269 35,07588 144,5895
10 + 4000 0,98033 48,49846 141,9211
а) Хвост типа III, перпендикуляр- б) Хвост типа I, стелющийся по ради-
ный радиус-вектору и направленный против движения кометы.
ус-вектору и направленный от Солнца.
№ Скор. F м/с е а (а. е.) т°
11 -100 0,96284 25,87780 153,0522
12 -800 0,96375 26,36225 154,9943
13 -1200 0,96475 27,00421 156,0968
14 -1800 0,96688 28,56955 157,7388
15 -2000 0,96776 29,28632 158,2827
№ Скор. V е а (а. е.) а>° Í20 i'
16 + 100 0,96280 25,87780 152,8005 139,4386 113,4466
17 + 500 0.96307 26.06024 152.9059 139.7060 112.9672
18 + 800 0,96349 26,36225 152,9831 139,9054 112,6074
19 + 1000 0,96388 26,64731 153,0337 140,0376 112,3674
20 + 1400 0,96492 27,43851 153,1328 140,3007 111,8874
в) Аномальный хвост, стелющийся по радиус-вектору и направленныш к Солнцу.
Табл. 3. ЭлементыI орбит гипотетических частиц, выгброшен ныгх из кометыг Свифта-Туттля 1862 III.
г) Выброс в плоскости, перпендикуляр ной плоскости орбиты кометы.
Интегрирование уравнений движения кометы проводилось с учетом возмущений от 8 планет Венера - Плутон с 1862 года на 1000 лет вперед квадратурным методом Коуэлла с учетом 8 разностей с переменным шагом от 1,25 до 40 суток. На рассмотренном интервале времени комета не имеет ни одного тесного сближения с большими планетами. Это обстоятельство позволяет моделировать движение гипотетических метеороидов с большим, чем обычно, шагом по скорости выброса, что ведет к уменьшению числа тестируемых частиц.
Согласно с картиной наблюдений кометы, описанной выше, были вычислены элементы орбит гипотетических частиц, выброшенных в перигелии, а для аномального хвоста - в точке орбиты с истинной аномалией 330°, причем значения скоростей выб-
Описания же наблюдений кометы в 1862 г. многочисленны и доступны, дают детальную картину процесса дезинтеграции ядра кометы, они неоднократно были проанализированы и качественно, и количественно. Поэтому в основу моделирования Персеид были взяты результаты наблюдений кометы Свифта-Туттля, полученные в 1862 г.
В появлении кометы Свифта-Туттля летом и осенью 1862 г. астрономам всего мира представилась редкая возможность наблюдать почти все формы дезинтеграции ядер комет. Наиболее полное описание этих процессов было сделано А. Виннеке (Winnecke, 1864) в Пулкове (Санкт-Петербург). Выше приведена часть его рисунков (Рис.). Измеряя положение хвоста, его лучей и отдельных излияний, А. Виннеке установил, что положение хвоста меняется в пределах от +5° до - 8° от радиуса-вектора (линии, соединяющей Солнце и комету). Он отмечает наличие синхрон в хвосте кометы и ярко выраженный характер излияний: два почти взаимно перпендикулярных направления (первоист. «направление на Солнце параллельно вертикальному краю листа»).
Выдающийся русский ученый Ф.А. Бредихин (1982) обращает внимание на аномальный хвост, наблюдавшийся с 30 июля по 6 августа, то есть еще до того, как комета прошла перигелий 23 августа. Кроме того, по классификации Бредихина комета имела прямой хвост I типа и хвост III типа. Скорость истечения вещества из ядра кометы Свифта-Тут-тля 1862 III по ее наблюдениям в 1862 г. оценивается в пределах от 300 м/с (хвост III тип) до 6000 м/с (хвост I тип) и от 1100 до 3000 м/с (аномальный хвост) (Всехсвятский, 1932). Многочисленные лучевые излияния и колебания блеска говорят о возможности взрывных процессов в ядре кометы.
Моделирование метеорного роя Персеид
В основу моделирования положены элементы орбит кометы Свифта-Туттля, полученные Б. Марсденом (1995), по двум появлениям кометы в 1862 и 1992 гг., момент прохождения перигелия орбиты Т, долгота перигелия w, долгота восходящего узла Q , наклон орбиты i, перигелийное расстояние q (а.е.), эксцентриситет орбиты е, большая полуось орбиты а (а.е.), период обращения кометы P в годах (табл. 2).
росов гипотетических частиц варьировались в рассмотренных выше пределах для наблюдаемых хвостов различных типов. Для каждого типа хвоста кометы Свифта^ут-тля из всего числа тестируемых частиц в табл. З приведены элементы орбиты только для пяти частиц, что вполне достаточно для проведения качественного анализа изменения элементов орбит.
Как видно из табл. З, наибольший разброс больших полуосей имеют частицы, выброшенные почти перпендикулярно радиусу-вектору кометы против ее движения (хвост III типа, табл. За) и выброшенные почти по прямой от Солнца (хвост I типа, табл. Зб). Дисперсия больших полуосей данных гипотетических частиц составляет около 15 а.е., и размер орбит выброшенных частиц значительно отличается от размера орбиты родительской кометы. Это значит, что при каждом выбросе вокруг кометы образуется вытянутое вдоль кометной орбиты сгущение частиц, которые порождают интенсивные метеорные потоки, наблюдаемые на Земле в течение нескольких лет подряд. В случае же образования компактного облака пыли вокруг кометы мы наблюдаем на Земле метеорные дожди только в годы, очень близкие к моменту прохождения кометой перигелия.
Это хорошо подтверждают наблюдения потока Персеид. После последнего прохождения кометой Cвифта-Tуттля перигелия своей орбиты (табл. 2) прошло уже 1G лет, но и в этом году в период с 5 по 15 августа наблюдатели зафиксировали очень высокую активность потока: метеоры были яркие, в максимуме активности было зарегистрировано 5GG метеоров в час. Tакая высокая активность потока в годы, когда родительская комета уже достаточно далеко ушла от Солнца, отмечена только для метеорного потока Персеид.
Литература
Бредихин Ф.А. Этюды о метеорах. M. Изв. АН СССР. 1954.
Бронштейн В.А. Анализ оценок притока метеорного вещества на Землю. Кометы и метеоры. 1982. № 32. 10-21.
Всехсвятский С.К. К вопросу об аномальных хвостах комет Астрономический журнал. 1932. T. 9. № 3-4.
Fomenkova M., Jones B., Pina R., Puetter R., Sarmecanic J., Gehrz R. Mid-infrared observations on the nucleus and dust of comet P/Swift-Tuttle. Astronomical J. 1995. V. 110. 1866-1872.
Marsden B. Catalogue oof Cometary Orbits. Terth Edition, IAU. Central Buren for Astron. Telegram. Minor Planet Center. 1995.
Winnecke A. Pulkowaer Beobachtungen des nerren Cometen von 1862. Memoires de l'Ac. Imp. des Sc. de St. Petersburg. 1864. S.7. №7.
научно-технический журнал
22\, Георесурсы 2 (14) 2003
