Кометы
реклама
В.В.Сидоренко (ИПМ им. М.В.Келдыша РАН) Вращение кометных ядер МФТИ, 2006 Кометы - вид малых тел в Солнечной системе Кометы - малые тела Солнечной системы, движущиеся по сильно эллиптическим орбитам и обладающие газо-пылевыми хвостами при приближении к Солнце. Типичные значения параметров Название кометы Кометы семейства Юпитера Кометы других семейств Параметр Q* характеризует интенсивность сублимации с поверхности, равной полной поверхности ядра и расположенной перпендикулярно направлению на Солнце на гелиоцентрическом расстоянии в 1 AU, m* - масса ядра, R* характерный линейный размер, * - характерная угловая “эффективная” скорость ухода вещества (принято v* 0.25 km s I * m* R*2 , * v*Q* R* . I ** 1 ) скорость, v* Влияние сублимации вещества на движение кометного ядра При движении в окрестности перигелия происходит интенсивное испарение вещества с поверхности кометного ядра. В результате возникают реактивные силы и моменты. Реактивный момент Реактивная сила Распределенные реактивные силы Солнце Методы отыскания параметров вращательного движения кометных ядер • Фурье-анализ кривых блеска • Анализ поведения специфических структур в кометных атмосферах • Анализ взаимосвязи вращательного движения и негравитационных возмущений в орбитальном движении • Наблюдения кометных ядер космическими аппаратами с близкого расстояния P/Halley 6 марта 1986 года КА Вега 1 прошел на расстоянии 8890 км от ядра кометы Галлея. Через 3 дня, 9 марта, КА Вега 2 совершил пролет на расстоянии 8030 км. 13 марта 1986 европейский КА Giotto приблизился к ядру на расстояние 596 км. К/a «Giotto» К/а «Вега» На сделанных КА снимках можно увидеть очень темное ядро с характерными размерами 15 км х 10 км х 7 км Продольная ось ядра кометы Галлея образует с вектором кинетического момента L угол 66O и вращается вокруг L с периодом 3.69 дня. Вращение вокруг продольной оси происходит с периодом 7.1 дня (Belton and co-authors, 1991) P/Halley: джеты P/Borrelly • Комета P/Borrelly принадлежит к семейству Юпитера и движется вокруг Солнца с периодом 6.68 лет • Открыта Альфонсо Боррелли в декабре 1904 года • Наблюдалось 13 прохождений через перигелий • 22 сентября 2001 года детальные изображения ядра были переданы на Землю КА "Deep Space 1" Ядро кометы P/Borrelly примерно в два раза меньше ядра кометы Галлея. В первом приближении его можно описать как вытянутый эллипсоид с полуосями 8.0 km х 3.2 km х 3.2 km Джеты 81P/Wild 2 2 января 2004 года КА Stardust (NASA) успешно прошел через кому кометы 81P/Wild 2, собрав образцы пылевых частиц. Относительная скорость движения составляла 6 км/с. Минимальное расстояние между КА и кометным ядром равнялось 236 км. Ядро кометы 81P/Wild 2 может быть аппроксимировано сплюснутым эллипсоидом 5.5 km x 4.0 km x 3.3 km ( + 0.1 km). Джеты Tempel 1 4 июля 2005 года отделившийся от КА Deep Impact зонд массой 370 кг на скорости 10.2 км с-1 столкнулся с кометой Tempel 1. Столкновение наблюдалось КА, двигающимся по пролетной траектории Ядро имеет средний радиус 3.0+0.1 км; наибольший диаметр: 7.6 км, наименьший диаметр: 4.9 км ROSETTA Европейский аппарат ROSETTA в августе 2014 года должен начать долговременные исследования в окрестности ядра кометы 67P/Churyumov-Gerasimenko. Наблюдения, выполненные с помощью космического телескопа Hubble, свидетельствуют о наличии у кометы 67P/C-G малого ядра с характерными размерами 3 км х 5 км. К.И.Чурюмов Mодель es • Геометрия ядра описывается многогранником с треугольными гранями • Реактивные моменты определяются расстоянием до Солнца, положением активной области на поверхности ядра и условиями ее освещения Реактивный момент N M Q j ( R j v j ) j 1 • Орбита имеет неизменный эксцентриситет e и перигелийное расстояние q. Интенсивность сублимации как функция расстояния до Солнца и угла инсоляции Q j s j f ( j ) g (r )Q* j - угол между нормалью к j -ой гранью и солнечным вектором s Функция Марсдена (1973) r g (r ) 0.111 2.8 2.15 r 1 2.8 5.1 4.61 1 f ( j ) 1 (1 cos j ), 0 . 2 Построение эволюционных уравнений • Уравнения движения усредняются по невозмущенному вращению ядра; в результате возникает совокупность уравнений, описывающих изменение кинетического момента и угла нутации при движении ядра по орбите • Проводится второе усреднение - по средней аномалии (в предположении малых приращений параметров движения за период) Системы координат Эволюционные уравнения d 3D11 cos cos 21 D0 0 sin , d 2 L d sin 2 3sin 2 D11 , d cosD21 , d 4L d 2 L dL D11 (2 3 sin 2 ) cos 21 D0 0 cos . d 2 Здесь D0 s j d j , D1 s j d j n j , D2 s j d j n j d j n j , и 0 N N N j 1 j 1 j 1 1 e g (r ( ))d 0 (1 e cos )2 2 3/ 2 , 1 1 e cosg (r ( ))d 0 (1 e cos )2 2 3/2 . Подсистема «Q - r» D1 d sin 2 3 sin 2 d * 4 d D1 3 cos cos 21 sin d * 2 d * 1 0 L D0 0 D1 1 Параметр k определяет характер эволюции вращательного движения ядра. Значение данного параметра зависит от формы ядра и от распределения активных областей на его поверхности. k = 1.7 k= 1.42 k= 0.85 k= 0. Интерпретация • Угловой момент: все решения решения указывают на вековое увеличение углового момента • Влияние распределения активных зон: – при |k| << 1 эволюция вращения завершается некоторым ненулевым значением угла нутации; вектор кинетического момента прецессирует вокруг направления, определяемого направлением линии апсид. – при |k| > 1 предельным движением является вращение ядра вокруг продольной оси; вектор кинетического момента ориентирован вдоль линии апсид Основные выводы • Установлена взаимосвязь характеристик вращательного движения и распределения активных зон на поверхности • В проведенном исследовании не учитывалось влияние гравитационных моментов и внутренней диссипации. Наиболее существенным представляется именно влияние диссипации. Например, именно влияние диссипации может обеспечивать устойчивость вращения ядра кометы P/Borrelly вокруг оси с наибольшим значением момента инерции. • Требуется более реалистичная сублимации вещества модель процесса
