КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-12-00071

НазваниеОпределение физических и динамических параметров астероидов и комет, сближающихся с Землей

РуководительИпатов Александр Васильевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук, г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 2016 г. - 2018 г.  , продлен на 2019 - 2020. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№11 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11).

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-703 - Солнце и Солнечная система

Ключевые словарадиолокация астероидов и комет, динамика малых тел, радиоизображение небесного тела, фотометрические и спектрометрические наблюдения

Код ГРНТИ41.19.00 41.51.29 41.19.31


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Планируется исследовать поступательно-вращательное движение астероидов и комет, сближающихся с Землей. Уточнить форму и параметры вращения, физические характеристики их поверхностного слоя. Оценить параметры орбиты и вероятность столкновения этих тел с Землей и Луной. Для этой цели планируется провести комплексные наблюдения, включающие в себя радиолокационные, фотометрические, спектрометрические и позиционные наблюдения этих небесных тел на инструментах, имеющихся в распоряжении научного коллектива. При проведении радиолокационных наблюдений предполагается использовать разделенную схему, когда локация и прием отраженного сигнала принимаются различными радиотелескопами. В качестве приемников будут использованы 32 метровые антенны сети "Квазар", локатором будет служить 70 метровая антенна обсерватории "Голдстоун". Проведенные в июле 2015 года наблюдения астероида 2011 UW158 показали эффективность такой схемы. В ходе обработки наблюдений радиоэха от этого астероида удалось получить оценки величины доплеровского смещения сигнала для нескольких моментов времени, исследовать изменения уширения сигнала, вследствие вращения астероида, что позволило оценить форму и период вращения этого астероида вокруг своей оси. Оценки амплитуды сигналов для различных поляризаций позволило оценить физические свойства поверхностного слоя астероида. Во время выполнения проекта предполагается исследовать астероиды 2009 DL46 и 2012 TC4 (в мае 2016 г. и в октябре 2017 г.), двойные астероиды 363599 2004 FG11 и 66391 1999 KW4 (в апреле и мае 2018 г.) , комету 46P/Wirtanen (в декабре 2018 г.), а также астероид, который вероятно является потухшей кометой, 3200 Phaethon (в декабре 2017 г.). Будут организованы радиолокационные наблюдения этих небесных тел для уточнения их поступательно-вращательного движения, физических и минералогических характеристик, а также построение радиолокационных изображений. При лоцировании кометы будет сделана попытка оценить размеры частиц и скорости в коме. Помимо радиолокационных наблюдений планируется проведение фотометрических, спектрометрических и позиционных наблюдений этих небесных тел. Фотометрические наблюдения проведенные в Симеизе в 2014 г. астероидов, сближающихся с Землей, позволили уточнить периоды вращения, спектральный класс и их диаметр. Будут также проведены наблюдения, произведен расчет и анализ спектров отражения в диапазоне 0.35-0.92 мкм. Наблюдения планируется провести на 2-х метровом телескопе с ПЗС-спектрографом Терскольской обсерватории. Также планируется проведение позиционных наблюдений, в случае необходимости, однако получение собственных массовых позиционных наблюдений не планируется. Налаженная автоматическая связь с Международным планетным центром (специальная программа автоматически запрашивает новые наблюдения) позволяет оперативно получать позиционные наблюдения со всех обсерваторий мира. Одной из задач проекта также является организация комплекса оперативной автоматической обработки всех видов позиционных наблюдений тел Солнечной системы с целью выявление тел, сближающихся с Землей, и выдачей соответствующей информации в случае их обнаружения. В случае обнаружения небесных тел достаточно близко подходящих к Земле (несколько лунных диаметров орбиты) планируется организовать исследование этих тел. С этой целью в задачи комплекса будет входить эфемеридная поддержка радиолокационных наблюдений, которая будет позволять уточнять орбиты и вращения небесных тел в автоматическом режиме, по мере поступления новых позиционных и фотометрических наблюдений. В комплексе предполагается использовать новый метод определения предварительной орбиты, основанный на переборе возможных орбитальных плоскостей тела с последующим определением расстояний от наблюдателя до точек пересечения выбранной плоскости с векторами направления на объект. Программа уточнения орбит малых тел, позволит определять негравитационные эффекты в движении комет и астероидов, возникающие из-за сублимации вещества с поверхности ядер комет или из-за эффекта Ярковского в движении астероидов. Для оценки вероятности столкновения небесного тела с Землей будет использована оригинальная методика, учитывающая преимущественное распределение ошибки положения тела вдоль номинальной орбиты. Разрабатываемый комплекс будет включать моделирование движения тел астероидной и кометной природы в атмосфере Земли с учетом ее сопротивления, оперативно определять район вероятного места падения, вычислять энергию, выделившуюся на разных участках движения в атмосфере, а также оценивать основные поражающие факторы. Таким образом при обнаружении астероида или кометы, сталкивающейся с Землей или Луной будет выдаваться информация о месте и времени падения небесного тела.

Ожидаемые результаты
Предполагается, что входе выполнения проекта будет отработана методика получения радиоизображений астероидов и комет, сближающихся с Землей, требующая обработки модулированного сигнала. Получены радиолокационные, фотометрические и спектрометрические наблюдения АСЗ. Используя эти наблюдения, будут построены численные модели поступательно-вращательного движения астероидов 2009 DL46 и 2012 TC4, изучены физические и химические свойства их поверхностей. Получены орбиты компонент двойных астероидов 363599 2004 FG11 и 66391 1999 KW4. Исследована форма и сделаны оценки гравитационных потенциалов главных компонент этих астероидов. Локация ядра кометы 46P/Wirtanen позволит получить представление о форме его ядра, получить параметры его вращений. Исследование комы этой кометы позволит сделать оценки размеров частиц, вылетающих с ее поверхности в результате сублимации. Подтвердить или опровергнуть наличие больших по размеру частиц в коме этой кометы, во время ее сближений с Землей. Особый интерес представляет исследование астероида 3200 Phaethon , который вероятно является потухшей кометой. Во время сближение этого астероида с Землей в 2017 г. предполагается провести высокоточные спектроскопические наблюдения, которые вместе с радиолокационными наблюдениями позволят подтвердить или опровергнуть наличие водяных льдов на поверхности, наличие молекул воды в непосредственной окрестности этого астероида. Предполагается, что будет создан комплекс программ, позволяющий обрабатывать наблюдения известных и вновь открываемых объектов Солнечной системы, выявлять среди них потенциально опасные для Земли, оценивать вероятность их падения на Землю, вычислять возможные районы падения и оценивать его последствия. Выполнение намеченной работы станет важным вкладом в проектируемую в настоящее время международную сеть предупреждения об астероидной опасности (http://www.minorplanetcenter.net/IAWN/) Результаты работы можно будет использовать на государственном уровне для организации активного или пассивного противодействия падению космических тел на Землю. В конечном счете, это будет способствовать спасению жизни людей и материальных ценностей. Описания разрабатываемых алгоритмов, а также результаты динамики отдельных особенно интересных астероидов и комет планируется опубликовать в отечественных и зарубежных периодических изданий. Результаты работы программы будут публиковаться на сайте института.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
1. Радиолокационный сигнал, переданный на частоте 8,4 ГГц c 70-м антенны станции дальней космической связи Голдстоун и отраженный от астероида 2011 UW158, был успешно принят 32-метровыми радиотелескопами в обсерваториях «Зеленчукская» и «Бадары». В результате обработки принятого сигнала были получены 9 наблюдений доплеровского смещения для каждой из обсерваторий. Установлена форма астероида (350х520 метров), период его вращения (36±3 мин) и направление вращения. Определено, что астероид обладает высокой механической прочностью, представляя собой единое монолитное тело, а шероховатость поверхности имеет сантиметровые масштабы. 2. Проведены и частично обработаны радиолокационные наблюдения астероида 2003 TL4 и двойного астероида 2003 YT1. При наблюдении этих астероидов сигнал радиоэха принимался на всех три антеннах сети «Квазар-КВО». 3. Разработана методика построения радиоизображений астероидов и комет по наблюдениям доплеровского уширения отраженного сигнала. Методика алгоритмизирована и создан комплекс программ. 4. Разработан и реализован комплекс программ, позволяющий оперативно планировать астрономические радиолокационные наблюдения астероидов и комет на сети «Квазар-КВО». 5. Проведены позиционные, поляриметрические и фотометрические наблюдения астероидов 2009 DL46 и 1994 UG на БТА САО РАН, причем спектро-поляриметрия астероидов сделана впервые. По характеру изменения альбедо с длиной волны и степени поляризации можно сделать вывод, что поверхности астероидов по своим физическим свойствам близки к свойствам поверхности морей Луны. 6. По движению близпараболических комет, часть из которых имеет тесные сближения с Землей, уточнено положение планеты X на орбите, полученной в работе. Получены вероятные эфемеридные положения планеты на современную эпоху в предположении, что планета имеет прямое или обратное движение. В случае прямого движения, в настоящее время планета находится на расстоянии Δ, значение которого принадлежит интервалу Δ ∈(1110,1120) а.е. и имеет прямое восхождение α и склонение δ в пределах интервалов α∈(83,90) градусов , δ∈(8,10) градусов, значения истинной аномалии υ принадлежат интервалу υ ∈(176,184) градусов, а в случае обратного движения: α∈(48,58) градусов, δ∈(-12,-6) градусов, Δ ∈(790,910) а.е. и υ ∈(212,223) градусов. Следует отметить, что в случае обратного движения планеты, ее эфемеридное положение, полученное по движению комет, согласуется со значениями положения планеты, полученными Холманом и Пейном в 2016 г. по высокоточным наблюдениям космического аппарата «Кассини», и не противоречат работе A. Fienga в 2016 7. Оценена частота столкновений околоземных объектов с Землей, имеющих абсолютную звёздную величину меньшую 18m. Она оказалась равной 2х10-6. Данная вероятность соответствует средней частоте столкновения один раз в 500000 лет. 9. Определены физические свойства поверхности 5 астероидов 2000 UV13, 2002 AJ29, 2012 JT17, 2016 LX48 и 2001 CV26, а также периоды их вращений. Для астероида 2016 LX48 период осевого вращения оценен впервые. Он оказался равным 3.7 часа. 8. Проведена количественная и качественная интерпретации спектров в видимом диапазоне для 4-х астероидов, сближающихся с Землей: 2000 UV13, 2001 WL15, 2000 BM19 и 2001 CV26. Для всех этих астероидов определены таксономические классы по классификации Толена . Для астероида 2001 CV26 таксономический класс определен впервые. 10. Рассмотрена задача изменения формы кометного ядра под действием сублимации вещества с поверхности кометы. Впервые получено аналитическое решение уравнения изменения формы для случая однородного ядра (состав и плотность вещества внутри ядра одинаковы).

 

Публикации

1. Ипатов А. В., Бондаренко Ю. С., Медведев Ю. Д., Мишина Н. А., Маршалов Д. А., Беннер Л. A. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ АСТЕРОИДА 2011 UW158 ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙЖУРНАЛ, №12, том 42, с. 935–940 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.7868/S0320010816120020

2. Медведев Ю.Д., Бондаренко Ю.С., Вавилов Д.Е., Шор В.А. Problems of asteroid–comet hazard КИНЕМАТИКА И ФИЗИКА НЕБЕСНЫХ ТЕЛ, №5, т.32, с.18-24 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.3103/S0884591316050081

3. Медведев Ю.Д., Вавилов Д.Е., Бондаренко Ю.С., Булекбаев Д.А., Кунтурова Н.Б. УТОЧНЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПЛАНЕТЫ X ПО ДВИЖЕНИЮ БЛИЗПАРАБОЛИЧЕСКИХ КОМЕТ ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙЖУРНАЛ, - (год публикации - 2017) https://doi.org/10.7868/S0320010817020036

4. - Closing in on a Giant Ghost Planet Scientific American, нет (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. Проведены радиолокационные наблюдения 3 астероидов: 2003 BD44, 2014 JO25 и 3122 Florence. 2. Разработана новая более точная методика получения спектра мощности эхо-сигналов. 3. С высоким разрешением получены спектры мощности эхо-сигналов от 5 астероидов: медленно вращающихся астероидов 2003 BD44 и 2003 TL4, гантелеобразной формы астероида 2014 JO25 и астероида 2003 YT1, имеющего спутник, и астероида 3122 Florence, имеющий два спутника. 4. Найден околоземный объект 2013 RB6, избегающий тесных сближений с планетами в течение длительного промежутка времени. Интегрирование уравнений движения этого объекта показало, что динамическое время его существования в зоне между Землей и Марсом значительно превышает 100 миллионов лет. 5. Из анализа профиля спектров астероидов 2003 YT1 и 3122 Florence определены лучевые скорости их спутников и сделаны оценки положений спутников на орбите вокруг основных компонент. 6. Рассмотрена задача изменения формы кометного ядра под действием сублимации вещества с поверхности кометы при предположении о его неоднородной структуре. Показано, что в рассмотренном случае из первоначально сферического ядра образуются гантелеобразные, ядра. 7. Разработана методика построения трехмерной фигуры и уточнения параметров вращения по радиоизображениям. 8. Создан комплекс программ реализующий обработку модулированного сигнала с целью получения радиоизображений астероидов. 9. Построены новые более точные динамические модели движения комет 45P/Honda-Mrkos-Pajdusakova и 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak. 10. Из анализа фотометрических и поляризационных наблюдений, проведенных на 6-мметровом телескопе БТА двух астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ) сделаны следующие выводы: 1. Поверхность астероида 2009 DL46 неравномерна и, вероятно, имеет участки типа базальтовых плит. 2. Астроид 1994 UG имеет типичные для АСЗ изменения степени поляризации с фазовым углом и относится к таксономическому классу S.

 

Публикации

1. В.В.Бусарев, А.В.Макалкин, Ф.Вилас, С.И.Барабанов, М.П.Шербина New candidates for active asteroids: Main-belt (145) Adeona, (704) Interamnia, (779) Nina, (1474) Beira, and near-Earth (162,173) Ryugu (162,173) Ryugu Icarus, - (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016

2. В.В.Емельяненко, Н.Ю.Емельяненко Long-Lived Near-Earth Asteroid 2013 RB6 Solar system Research, Vol.52, No.1, pp.61-63 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1134/S003809461801001X

3. В.Л.Афанасьев, А.В.Ипатов Наблюдения сближающихся с Землей астероидов в поляризованном свете Астрономический Бюллетень, - (год публикации - 2018)

4. Д. А. Маршалов, Ю. С. Бондаренко, Ю. Д. Медведев, Д. Е. Вавилов, М.Б. Зотов и А.Г. Михайлов Комплекс средств для проведения радиолокационных наблюдений объектов, сближающихся с Землей Приборы и техника экспримента, - (год публикации - 2018)

5. Медведев Ю.Д., Бондаренко Ю.С., Дикарев В.И., Койнаш Б.В. Способ предотвращение угрозы для планеты путем оценки размеров пассивных космических объектов -, 2634453 (год публикации - )

6. Медведев Ю.Д., Бондаренко Ю.С., Дикарев В.И., Койнаш Б.В. Система определения параметров движения астероида -, 2637048 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. Получены радиолокационные и фотометрические наблюдения астероида 2017 VR12. Наблюдения проводились в период тесного сближения астероида с Землей в 2018 году 5 марта на 32-м радиотелескопах обсерваторий «Зеленчукская» и «Бадары» и 6 марта на 0.65-м оптическом телескопе Уссурийской астрофизической обсерватории. Радиолокационные наблюдения астероида были выполнены в бистатическом режиме на частоте 8,56 ГГц совместно с 70-м антенной обсерватории «Голдстоун». В результате наблюдений были получены спектры мощности отраженного от астероида сигнала. Размер проекции этого астероида на картинную плоскость составил 138±14 м. Были оценены значения радиолокационного альбедо 0.32±0.04 и 0.31±0.04, и коэффициента круговой поляризации 0.36±0.02 и 0.34±0.01 для обсерваторий «Зеленчукская» и «Бадары» соответственно. По фотометрическим наблюдениям была получена кривая блеска астероида, определен период вращения равный 1.378±0.03 часа, и построен двумерный контур поверхности. 2. На сайте института создан информационный ресурс «Радиолокационные наблюдения околоземных объектов», на котором размещены спектры мощности астероидов, полученные по наблюдениям сети «Квазар-КВО», а также другая полезная информация. (www// http://iaaras.ru/observations/echo/). 3. Исследованы физические и динамические особенности астероида 1I ‘Oumuamua –первого межзвездного небесного тела, проникшего в Солнечную систему и сблизившегося с Землей. Показано, что необычно сильно вытянутая форма астероида объясняется столкновениями с высокоскоростными частицами пыли в межзвездном пространстве. Такие столкновения приводят к значительной поверхностной эрозии. Из-за сложного вращения астероида эрозия уменьшает его почти равномерно со всех сторон. Моделирование показывает, что данный объект мог приобрести текущую сильно вытянутую форму если он путешествовал в диске Галактики от 20 млн до 2 млрд лет или пролетел через пылевое облако размером 10 килопарсек. Столкновения с космической пылью также объясняет наличие на поверхности астероида крупнодисперсной пыли, которая может быть причиной загадочной негравитационной активности этого астероида. 4. Рассмотрены обстоятельства разделения четырех комет: 101P/Chernykh, 213P/Van Ness, P/2013 R3 (Catalina-PANSTARRS), P/2016 J1-A (PANSTARRS), осколки которых могут нести угрозу Земле. Для первых трех их них выбросы фрагментов происходят на солнечной полусфере кометного ядра, а их относительные скорости превышают 1 м/c., а для четвертой кометы P/2016 J1 скорость выброса близка к нулю. 5. Наблюдениями зафиксирован результат столкновения астероида (596) Scheila с некоторым малым телом, размеры которого оцениваются в несколько десятков метров. Из анализа пылевой комы оценена относительная скорость столкновения астероида с гипотетическим телом. Выполнен поиск такого тела среди известных астероидов, комет и метеорных потоков. Показано, что фрагмент возможного метеорного потока кометы 232Р/Hill мог быть искомым телом-ударником. Из позиционных наблюдений астероида определены орбитальные параметры и компоненты изменения скорости астероида в результате столкновения на момент 27 ноября 2010. 6. Построена модель динамического поведения крупной пыли и частиц, обращающихся вокруг контактных двойных малых тел (ядер комет, астероидов). Выявлены области устойчивого движения фрагментов в окрестности вращающегося контактного астероида. Такое тело создает вокруг себя зону динамического хаоса, что приводит к расчистке окрестностей объекта: любой материал, помещенный на орбиту вокруг вращающейся гантели (например, любой материал, выброшенный с ее поверхности), не может долго пребывать на орбите вокруг нее: он либо выбрасывается в космос, либо выпадает на поверхность родительского объекта. Таким образом близкое орбитальное вещество удаляется, и вращающаяся гравитирующая гантель очищает свои окрестности. Эффективность модели продемонстрирована на примере транснептунного объекта (ТНО) 2014 MU69.

 

Публикации

1. Вавилов Д.Е., Медведев Ю.Д. Dust bombardment explains the extremely elongated shape of 1I/’Oumuamua and the lack of interstellar objects Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, - (год публикации - 2019)

2. Чернетенко Ю.А. Collisions of Asteroids: Asteroid (596) Sheila Astrophysical Bulletin, - (год публикации - 2019)

3. Шевченко И.И. Tidal Decay of Circumbinary Planetary Systems The Astronomical Journal, 156:52 (8pp) (год публикации - 2018) https://doi.org/10.3847/1538-3881/aaccf9

4. Ю. С. Бондаренко, Д. А. Маршалов, Ю. Д. Медведев, Д. Е. Вавилов, М.Б. Зотов, А.Г. Михайлов Physical parameters of the near-Earth asteroids from radar observations Proceedings of Science, - (год публикации - 2019)

5. Ю.С. Бондаренко, Д.А. Маршалов, Ю.Д. Медведев, Г.И. Корниенко, А.В. Кочергин, М.С. Желтобрюхов, Л.A. Беннер Оценка физических параметров астероида 2017 VR12 по радиолокационным и фотометрическим наблюдениям Письма в Астрономический журнал, - (год публикации - 2019)


Возможность практического использования результатов
не указано