Avtoref
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ
СИЗОНЕНКО Юрій Васильович
УДК 523.64-35 + 523.64-864
ДОСЛІДЖЕННЯ ПИЛОВОГО ХВОСТА КОМЕТИ ВЕСТА 1976 VI
МЕТОДАМИ ПОВЕРХНЕВОЇ ФОТОМЕТРІЇ
01.03.03 – Геліофізика і фізика Сонячної системи
Автореферат дисертації
на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук.
Київ-1999.
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Головній астрономічній обсерваторії Національної Академії наук України.
Науковий керівник:
доктор фізико-математичних наук Шульман Леонід Маркович, Головна астрономічна обсерваторія НАН України, головний науковий співробітник.
Офіційні опоненти:
1??
Доктор фізико-математичних наук, професор Чурюмов Клим Іванович, астрономічна обсерваторія Київського державного університету ім.Тараса Шевченка, м.Київ, зав.відділом
1??
Кандидат фізико-математичних наук Кисельов Микола Миколайович, астрономічна обсерваторія Харківського державного університету, старший науковий співробітник.
Провідна установа:
Кримська астрофізична обсерваторія, сел.Научний, Крим
Захист відбудеться «21» жовтня 1999 р. на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д26.208.01 при Головній астрономічній обсерваторії НАН України (252650, Київ-22, Голосіїв, ГАО НАН України)
Початок засідань о 10 годині.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Головної астрономічної обсерваторії НАН України (252650, Київ-22, Голосіїв, ГАО НАН України).
Автореферат розіслано «17» вересня 1999 р.
Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради
кандидат фізико-математичних наук Н.Г. Гусєва
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Комети у багатьох людей викликають згадку про якраве, швидкоплинне та дещо загад-кове явище. З наукової точки зору комета – небесне фізичне тіло, вигляд та поведінка якого виз-на-чається умовами в міжпланетному просторі. Тому вивчення явищ, що виникають в ядрі та атмосфері комети при її наближенні до Сонця, корисне для фізики міжпланетного простору, фізики плазми, фотохімії та фізики низьких температур.
В XX сторіччі комети були об’єктом уваги багатьох вчених, але до цього часу природа деяких явищ, які спостерігаються в кометах, не має остаточної наукової інтерпретації. Так, наприклад, ще не встанов-лено внаслідок розпаду яких речовин виникають молекули ради-калів, що входять до складу газової голови комети. До кінця не вияснено механізми утворення структурних деталей газових та пилових хвостів комет, не відомі причини спалахів яскравості голів комет. Немає одностайності і в уявленнях про склад та властивості кометних порошинок .
Дослідження речовини, що складає ядро комети, потрібне не тільки для розуміння фізичних та хімічних процесів в кометах. Вважають, що речовина протосонячної туманності в первинному вигляді збереглася лише в ядрах комет, які більшу частину свого життя проводять далеко від Сонця. Саме тому вивчення комет-ної речовини цікаве також і для тих вчених, що вивчають походження та еволюцію Сонячної системи.
Яскрава комета Веста 1976 VI при наближенні до Сонця проде-монструвала рідкісні явища. При проходженні кометою перигелію став--ся мно-жин-ний розпад ядра комети, а невдовзі після цього спо-стері-гався смугастий пиловий хвіст. Причини та обставини виник-нення цих явищ залишаються до кінця не зрозумілими.
Багато надій покладається на безпосереднє вивчення комет з космічних апаратів. Та все ж більш дешевим, завжди доступним, а при раптовій появі яскравої комети і єдино можливим способом дослід-жень залишаються наземні спостереження комет в широкому діапа-зоні електромагнітного випромінювання. Серед наземних способів досліджень комет почесне місце займає вивчення та інтерпре-тація розподілу поверхневої яскравості кометних атмосфер. За допомогою цього методу можна знайти основні характеристики кометної атмо-сфери та частинок.
Слід вказати, що не дивлячись на широке застосування методу досліджень розподілу поверхневої яскравості пилових хвостів комет за останні роки, для комети Веста він не застосовувався. Таким чином дослідження розподілу поверхневої яскра-вості хвоста комети Веста дає можливість вперше визначити деякі ха-рак-теристики пилових частинок, які звільнились в процесі розпаду ядра комети, а також буде корисним для кращого розу-міння самого процесу розпаду.
Вивчення розподілу поверхневої яскравості пилових хвостів комет, так само як і багато інших спостережень, широко застосо-вується вченими для визначення характеристик кометних пилових частинок. Завдяки цим дослідженням та космічній місії до комети Галлея за останні десять років наші уявлення про кометні пилові частинки значно наблизилися до реальності. Використання нових даних про кометні порошинки для інтерпретації наших спостережень допомогло створити більш реалістичну модель розподілу поверхневої яскравості хвоста комети.
Актуальність теми досліджень визначається також неповтор-ністю об’єкта досліджень та його недоступністю для досліджень в наступні декілька тисяч років.
Зв’язок роботи з науковими програмами. Дана робота виконувалась як частина наукових програм та планових тем лабораторії фізики та астрономії низькотемпературних небесних об’єктів ГАО НАН України, зокрема як частина планової науково-дослідної теми № 166 «Дос-лід-жен-ня фізичних процесів у кометах з використанням спектроскопії та аналізу зображень».
Мета і задачі дослідження. Метою дисертації є виконання спостережень унікального небесного об’єкта - комети Веста 1976 VI, знаходження розподілу поверхневої яскравості пилового хвоста комети та інтерпретація цього розподілу за допомогою порівняння з модельними обчисленнями поверхневої яскравості.
Для досягнення поставленої мети необхідно розв’язати такі задачі:
1??
Виконати попередні дослідження апаратури для спостережень, щоб знайти необхідні для опрацювання спостережень харак-теристики апаратури, зокрема розподіл світла в фокальній площині астрофотокамери та спек-тральне пропускання її об’єк-тива.
1??
Розробити та запровадити методику абсолютної прив’язки результатів спостережень до використаного при спостереженнях джерела світла. Для цього необхідно співставити яскравість екрану радіолюмінесцентного джерела та стандар-т-ного джерела світла, побудувати характеристичну криву для перерахунку почорніння фотоплівки в яскравості, оцінити похибку прив’язки.
1??
Одержати скани фотографічних зображень великої площі, про-вести їх обробку та візуалізацію, для чого розробити та запро-вадити про-грамне забезпечення для автоматизації процесу редукцій спо-сте-ре-жень, фільтрації зображень та візуалізації.
1??
Одержати розподіл поверхневої яскравості пилового хвоста ко-ме---ти у вигляді зручному для співставлення з обчисленим.
1??
Розробити програмне забезпечення для обчислень поверхневої яскравості пилового хвоста комети за допомогою заданих пара-мет-рів кометних пилових частинок.
6??
Із порівняння знайденого розподілу поверхневої яскравості хвоста комети з модельними розрахунками такого розподілу знайти ха-рак-теристики пилових частинок, що складають хвіст комети.
Наукова новизна результатів роботи полягає в тому, що:
1??
Вперше детально розроблено та застосовано методику стан-дартизації астрономічних негативів за допомогою радіолюмі-нес-цен--тних джерел світла. Застосування цієї методики стан-дар-тизації астрономічних негативів дозволяє використати для фотометрії ті спостереження, які не було стандартизовано з тих чи інших причин.
1??
Розроблено та застосовано нове програмне забезпечення для автоматизованої обробки та візуалізації результатів поверхневої фотометрії комет, а, також, для моделювання поверхневої яскра-вос-ті пилових хвостів комет. Програмне забезпечення дозволяє оперативно отримати результати поверхневої фотометрії будь-якого протяжного небесного об’єкта. Програмне забезпе-чення для моделювання реалізує модифікований метод розра-хунку поверх-невої яскравості, що враховує анізотропію викиду пилових часток.
1??
Вперше виконано модельні розрахунки поверхневої яскравості для пилового хвоста комети Веста 1976 VI та отримано основні характеристики пилових частинок, що звільнились в процесі розпаду ядра комети. Результати обчислень свідчать про те, що викиди частинок при активних процесах в ядрі комети є анізотропними, а темп пилоутворення збільшуєтся майже в 10 разів.
1??
Виявлено, що тривалість підвищеного виділення пилу під час актив-ного процесу незначна і становила кілька годин. Один із активних процесів співпадає в часі з визначеним із прямих спостережень моментом розвалу ядра.
Наукова та практична цінність роботи. Комета Веста продемонструвала явища, які спостерігались в дуже небагатьох коме-тах. Спостереження комети в період цих явищ мають неабияку науко-ву цінність, яка підсилюється обмеженою кількістю таких спостере-жень. Можливість виконати стандартизовані вимірювання розподілу поверхневої яскравості кометного хвоста, як виявилося, мав лише автор роботи.
Розроблена методика калібровки та стандартизації за допо-могою радіолюмінесцент-них джерел світла дозволяє стан-да-р-тизувати астрономічні негативи навіть у тому випадку, коли під час спосте-режень процедури калібровки та стандартизації з чомусь не бу-ли виконанані. Одержані в процесі стандартизації характеристики радіо--люмінесцент-них джерел світла були використані іншими науков-цями.
Методика визначення поверхневого розподілу яскравості та програми для обробки результатів поверхневої фотометрії були використані як самим автором для обробки спостережень кількох ко-мет, так і іншими астрономами, зокрема для обробки спостережень комет Галлея та Гейла-Боппа.
В результаті моделювання розподілу поверхневої яскравості пилового хвоста комети Веста було знайдено основні характерис-тики пилових часток, що складали хвіст комети Веста. Програмне забезпечення, розроблене для цього моделювання, може бути використано для моделювання розподілу поверхневої яскравості в хвостах інших комет.
Особистий внесок здобувача. Основні положення дисертації були сформульовані та вирішені автором самостійно. Із 8 робіт, в яких викладено основні положення дисертації, 4 роботи опубліковано самостійно. В роботі присвяченій застосуванню методу попе-редньої цифрової фільтрації зображень автору належить постановка задачі, застосування методу, виконання всіх необхідних досліджень. В роботі присвя-ченій поверхневій фотометрії автору належить постановка задачі, розробка методики, виконання всіх необхідних досліджень, засто-сування методу статистичної оцінки рівня фону фотографічного зобра-ження.В роботах, присвячених моделюванню поверхневої яскра-вості автору належить засто-сування методу, участь в розробці прог-рам-ного забезпечення, участь в обговоренні та аналізі результатів.
На захист виносяться такі основні положення дисертації:
1.
Методика стандартизації астрономічних негативів за допомогою радіолюмінесцентних еталонів яскравості та її застосування для стандартизації фотознімків комети Веста 1976 VI.
1??
Розробка та застосування програмного забезпечення для автома-ти-зованої обробки і візуалізації результатів поверхневої фотометрії.
2??
Розподіл поверхневої яскравості хвостів комети Веста для 5 дат спосте-режень в абсолютних енергетичних одиницях яскравості.
1??
Розробка та застосування алгоритмів обчислення поверхневої яскра-вості пилових кометних хвостів для заданої моделі хвоста.
5??
Розрахунки поверхневої яскравості синхронних смуг хвоста комети Веста в результаті яких було знайдено розподіл кометних часток по розмірам, темп пилоутворення ядер та швидкість пилових часток.
1.
Нова інформація про параметри кометних пилинок, що спосте-рігалися в кометі Веста під час активних процесів.
Апробація роботи. Основні результати досліджень, які включено до дисертації доповідались на наукових семінарах відділу експериментальної астрофізики Головної астрономічної обсерва-то-рії НАН України; астрофізичних семінарах «Фізика тіл Сонячної системи»; на Всесоюзних нарадах по фізиці та динаміці комет (м.Душанбе, 1981; м.Київ, 1983, м.Чернігів, 1988 р.); Третіх Всех-святських читаннях, 1995 р., м.Київ; на Міжнародній конфе-ренції по дослідженню комет, 1982 р., (м.Будапешт) та Міжнародній конфе-ренції КАММАК, 1999 р., (м. Вінниця).
Публікації. Основні результати роботи опубліковані в 8 друкованих роботах.
.
Обсяг та структура дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, заключної частини, списку цитованої літератури (123 найменувань) та додатку. Обсяг дисертації складає 149 сторінок, включаючи 26 малюнків та 4 таблиці, а також 5 сторінок додатку до дисертації.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність обраної теми досліджень, сфор-мульовано мету та задачі дисертації, вказано наукову новизну отриманих резуль-татів та практичну цінність роботи, дано перелік опублікованих робіт, в яких викладено основний зміст дисертації.
У першому розділі наведено огляд робіт, що стосуются засобів та методики поверхневої фотометрії, зв’язку поверхневої яскравості та розподілу речовини в атмосферах комет. Окремо роз-гля-нуто зв’язок поверхневої яскравості і розподілу речовини в газо-вих та пилових хвостах комет. Остання частина огляду присвячена роботам з моделювання поверхневої яскравості комет. В ній зокрема детально розглянуто та проаналізовано найновіші роботи італій-ських вчених.В кінці огляду наводяться висновки з огляду літера-тури та сформу-льовано основні вимоги до спо-сте-режень для отримання розподілу поверхневої яскравості в хвостах комет.
У другому розділі виконано необхідні попередні дослідження для проведення поверхневої фотометрії хвоста комети Веста. Описано методику досліджень та експерименти, виконані для знаходження світлорозподілу в фокальній площині астрофо-то-камери АФУ-75 та спектрального пропускання її об’єктива. Встановлено, що освітленість на краю корисного поля зору камери падає на 10% відносно освітленості в оптичному центрі кадру камери. Знайдено залежність освітленості на фокальній площині від віддалі до оптичного центру. Ця залежність в слідуючому розділі використана для внесення відпо-відної фотометричної редукції до шуканого розподілу яскравості.
Описано методику калібрування та стандартизації астроно-мічних негативів за допомогою радіолюмінесцентних джерел світла та експерименти, здій-с--нені для визначення яскравості джерел. Для підвищення надійності стандартизації яскравість радіолюмі-несцен-т-них джерел світла визначено із двох незалежних вимірювань: ві-зуальних та спектрометричних. Наводяться дані про освітленості, що їх створює прилад для калібрування, створений на основі радіолю-мі-несцентного джерела світла, на поверхні фотоемульсії каліброваного астронегативу. В результаті виконаних досліджень побудовано ха-рак-теристичну криву для перетворення почорніння фотоемульсії в яскравість ділянки небесного тіла. В наступному розділі ця крива буде використана для фотографічної поверхневої фотометрії хвоста комети Веста. Приведено оцінку точності процедури калібрування та стандартизації за пропонованою методикою. Виявилося, що точність запропонованої нами процедури близька до звичайної точності фото-графічної фотометрії. Висновки розділу стверджують придатність одержаного фотометричного матеріалу для знаход-ження поверхневого розподілу яскравості пилового хвоста комети Веста 1976 VI.
У третьому розділі розглянуто результати спостережень комети Веста, які будуть використані у слідуючих розділах. В першій частині розділу розгля-нуто та обговорено опубліковані результати спостере-жень комети Веста. Звернуто увагу на недостатність спостережень поверхневої яскравості цієї комети та зібрано дані, що характеризують структуру пилового хвоста комети і пилові частинки, викинуті кометою. Проаналізовано дані, одержані у всіх діапа-зонах електро-маг-нітного випромінювання, що дають інформацію про кометні поро-шинки комети Веста. Вибрано дані, які будуть використані для моде-лю-вання поверхневої яскравості пилового хвоста комети Веста.
У наступних частинах розділу повідомляєтьтся про спо-сте-ре-жен--ня комети Веста, їх фотометрію та обробку результатів поверх-невої фотометрії для одержання розподілу яскравості хвоста ко-ме-ти.
Наводяться результати досліджень структури пилового хвоста комети. Як виявилося, пиловий хвіст комети під час спостережень складався з п’яти яскравих смуг, що утворилися внаслідок підвищеного виділення пилу ядром комети. Аналіз розташування цих смуг на площині кометної орбіти дозволив встановити моменти утворення смуг та зв’язати ці моменти з активними процесами, що спостерігалися у ядрі комети. Результати отожнення моментів утворення синхронних смуг порівняно з результатами інших авторів і знайдено, що результати задовільно співпадають. Також вста-новлено, що момент утворення однієї із смуг співпадає з вторинним розпадом ядра, а іншої – з спалахом яскравості в перигелії.
Описано процедуру врахування редукцій фотографічної фото-метрії для хвоста комети Веста та алгоритми програм обчис-лень цих редукцій. Наведено опис алгоритму попередньої фільтрації фото-метрованого зображення та повідомляється про результати його засто-сування. Застосування медіанного двови-мірно-го фільтру для поперед-ньої фільтрації зобра-ження дозволяє більше ніж у два рази поліпшити спів-відношення сигнал-шум для оцифрованого зображення. Внаслідок цього на фільтрованому зображенні з’являються деталі структури, які «тонуть» в шумах на нефільтрованому зображенні. Застосування ме-діан--ного фільтру з вибраною апертурою дозволяє позбутися дрібних де--фектів зображення та усунути частину зображень зірок поля. Вис-новки розділу узагальнюють результати опрацювання спо-сте-режного матеріалу і особливості застосованих методик фільтрації зображень та фотометричних редукцій.
У четвертому розділі описано метод розрахунку поверхневої яскравості заданої ділянки кометного хвоста з використанням фун-к-ціо-нальних пара-метрів, які характеризують сукупність порошинок комети. До цих функціональних параметрів відносяться роз-по-діл по-ро-шинок по розмірам, темп пилоутворення ядра та кінце-ва швидкість, яку набувають порошинки, покидаючи зону взаємодії з газом.
Метод розрахунку опирається на класичний метод Фінсона-Пробстейна в основі якого лежить уявлення про пиловий хвіст як сукупність великого числа сферичних оболонок, на поверхні яких лежать частинки, викинуті з області взаємодії порошинок з газовою компонентою голови комети з одинаковим прискоренням в один і той же момент часу. Розрахунок виконується для точки хвоста, коор-ди-нати якої можна однозначно зв’язати з центром такої сфери через розмір порошинки та момент її викиду. Цей зв’я-зок дозволяє знайти залежність поверхневої яскравості в заданній точці від вищезгаданих функціональних параметрів, які в свою чергу є функціями розміру порошинки та моменту її викиду. Таким чином, використовуючи знайдену залежність, можна розраховувати поверхневу яскравість хвос-та комети в конкретній точці для заданого набору функціо-на-льних параметрів.
Класичний метод розрахунку модифіковано для випадку анізо-троп-ного викиду пилових частинок з області взаємодії. При цьому розгля-дається осесиметричний викид, з віссю симетрії спрямованою на Сонце, хоча метод розрахунку можна поширити і на більш загаль-ний випадок. Показано, що для наших спостережень ідеалізований класичний метод потрібно застосовувати з деякими уточненнями. Ці уточнення полягають у врахуванні додаткового, коріолісового пово-роту осі симетрії оболонки. В той же час припливною дефор-ма-цією оболонок можна знехтувати виходячи з незначного віку оболо-нок.
У другій частині розділу детально описано алгоритм обчислень поверхневої яскравості та допоміжних обчислень, на основі якого створено програму для ЕОМ.
Висновки розділу підсумовують розробку методу обчислень поверхневої яскравості для заданого набору функціональних параметрів в даній точці кометного хвоста, та вказують на переваги описаного методу в порівнянні з класичним.
У п’ятому розділі наведено результати обчислень поверхневої яскра-вості ділянок кометного хвоста та значення функціональних параметрів, які характеризують сукупність кометних пилових части-нок і найкращим чином підходять для цих обчислень.
Початок розділу присвячено визначенню, опису та збору зна-чень функціональних параметрів для порівняння з результатами на-ших досліджень. В розділі розроблено план оптимального пошуку мо-дельних параметрів, що визначають яскравість ділянок хвоста. План полягав у використанні неодинакової залежності поверхневої яскра-вості кометного хвоста від функціональних параметрів. Спочатку, зафіксувавши два інших параметри і змінюючи розподіл порошинок по розмірам, ми добились співпадання ходу залежності розрахованої поверхневої яскравості від розміру порошинки з залежністю від роз-міру порошинки поверхневої яскравості, виміряної в синхронній смузі на одному із знімків комети Веста. Після досягнення такого спів-падання для всіх смуг, ми по черзі підібрали два інших функціо-нальні параметри, фіксуючи вже підібрані параметри та доби-ваючись міні-мального відхилення вказаних залежностей. Значен-ня другого по силі дії параметра уточнили по знімку комети, одержа-ному через кілька хвилин після першого, а найслабшого параметра – по знімку, одер-жаному через кілька днів.
Далі в розділі повідом-ляються результати порівняння розра-хо-ваної та виміряної поверхневої яскравості ділянок кометного хвоста та значення трьох функціональних параметрів для моделі, що дає най-кращі результати порівняння. Таким чином було знайдені розподіл кометних частинок за розмірами, темп пилоутворення ядра та кінцева швидкість кометних порошинок. Для розрахунків поверхневої яскра-вості було використано як ізотропну, так і анізотропну модель викиду пилинок з області взаємодії, і для кожної з цих моделей знайдено набір функціональних параметрів, що дає найкращі результати порів-нян-ня розрахованої та виміряної поверхневої яскравості. Спів-став-лен-ня значень знайдених функціо-нальних пара-метрів з їх опублікованими значеннями визначило перевагу анізотропної моделі викиду. В резуль-таті підбору параметрів анізотропної моделі знайдено, що кожний активний процес в ядрі комети, що утворив смуги в хвості комети, мав свою ступінь анізотропії викиду. З допомогою підібраних значень швидкості викиду порошинок знайдено трива-лість викиду пилу під час активних процесів у ядрі.
У висновках сформульовані основні результати дисерта-цій-ної роботи.
У додатку А приведені ізофоти зображень кометних хвостів по знімках, для яких у третьому розділі була виконана поверхнева фотометрія.
ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ
1??
Дослідження розподілу поверхневої яскравості хвостів комет залишається важливим методом вивчення кометних атмосфер і речо-ви-ни з якої вони складаються. Порівняння розподілу яскравості пилового кометного хвоста, отриманого із спосте-ре-жень, з розподілом яскравості обчисленим, виходячи із заданої моделі кометного хвоста, дає нам можливість знайти параметри кометних пилинок. Однак, таке порівняння вимагає високоякісних спостережних да-них, старанної при-в’яз-ки цих даних до стандарт-них джерел світла та достатньо надійної моделі розподілу поверх-невої яскравості кометного хвоста.
1??
Для абсолютної прив’язки фотометричних даних нам довелось виконати комплекс попередніх досліджень. В процесі цих дослід-жень ми вико-рис-та-ли для калібровки фотознімків радіолю-мінес-центні джерела світла, за допомогою яких побудували хара-к-терис-тичну криву для перетворення почорніння фотографічної емульсії в яскравості ділянки поверхні небесного тіла. При цьому ми знай-шли спектральну густину яскравості екрану джерела світла шляхом порівняння світлових потоків на щілині спектро-метра від нашого джерела і стан-дарт-ного джерела світла – лампи СІ-14. Вико-рис-тавши джерела світла із зеленим та синім кольором екрану, ми побу-дували характеристичні криві окремо для випромінювання хвостів I і II типу, колір яких відрізняється. Ми знайшли також світлорозподіл у фокальній площині АФУ-75, щоб мати змогу врахувати похибку поля для знімків комети Веста, та спектральне пропускання оптики цієї астрофотокамери. Застосування побу-дова-ної характеристичної кривої до знімка фотометричного стандарту NPS дозволило знайти оцінку похибки нашого методу стандар-тизації, що дорівнює 8% і яку можна вважати задовільною для фотографічної фотометрії.
1??
Процес знаходження розподілу поверхневої яскравості в багатьох точках кометного хвоста дуже трудомісткий. Тому дослідження поверхневої яскравості, взагалі перспективне, до поширення ЕОМ і засобів автоматизації фотометрії мало застосовувалось. Ми ство-рили програмне забезпечення для обробки результатів фотометрії комет, яке після першого застосування для знімків ко-ме-ти Веста широко використовується як автором, так і іншими астрономами.
1??
В основу методики обчислення поверхневої яскравості пилового хвоста покладено модифікований метод Фінсона-Пробстейна, який було застосовано для обчислень яскравості ділянок хвоста комети Веста. В четвертому розділі викладено суть змін методу, які врахували більш реалістичний варіант анізотропного викиду пилових частинок кометним ядром.
1??
Порівняння розподілу поверхневої яскравості пилового хвоста комети Веста та обчисленого модельного розподілу яскравості дозволило знайти три функціональні параметри, що описують мо-дель сукупності кометних частинок у хвості комети. Функціо-на-ль-ні параметри описують розподіл по розмірам кометних пило-вих час-ти-нок, темп пилоутворення ядра та швидкість, з якою пилові час-тинки покидають область взаємодії з газовою атмосферою комети. Яскраві синхронні смуги, що спостерігались у хвості комети Веста, виникли в резуль-таті підвищеного утво-рен-ня пилу кометним яд-ром на протязі короткого часу. Розрахо-вуючи яскравість точок кометного хвоста, розташованих вздовж смуги, ми знайшли, що хід яскравості визначається, в основному, розподілом пилинок по розмірам і значно менше залежить від шви-д----кості викиду та темпу пилоутворення. Ця обставина дозво-лила надійно підібрати вигляд функції розподілу по розмірам, за-фік-сувавши два інших параметри моделювання. Знайдена залеж-ність розподілу по розмірам від розміру поро-шинки добре апрок-симується двома ступеневими функціями з показниками
і
для трьох старших синхронних смуг. Хід залежності змінюється в районі
мкм. Для молодшої смуги n1= -3.50 до 6 мкм, і після 6 мкм n2= -4.25. Таким чином,
із наших досліджень випливає, що розподіл по розмірам поро-ши-нок, викинутих при розвалі ядра комети Веста, був близь-ким до звичайного. Другий параметр моделі підби-рався після того, як було пі-дібрано і зафіксовано розподіл по розмірам. Із-за невизначеності величини альбедо кометних порошинок, можливі похибки у визначенні цього параметра досягають 2-3 раз, що, між іншим, не зменшує цінності нашого визначення цієї величини, вперше одержаної для комети Веста. Темп пило-утво-рення ядер комети Веста в проміжках між активними процесами становив приблизно 0.51028 частинок за добу, а під час ак-тив-них процесів перевищує це значення при-близно в 10 разів. Спів-відношення величин швидкості пило-утво-рення для різних смуг не залежить від альбедо і є показником активності тих процесів в ядрах комети Веста, які породили ці смуги. Як виявилося, най-більшу швидкість пилоутворення вик-ли-кав активний процес, який пов’язаний із спалахом блиску комети під час проходження кометою перигелію.
1??
Ми розглянули три варіанти анізотропного осесиметрич-ного вики-ду порошинок з віссю симетрії, спрямованою на Сонце: в конусі з кутом 72О, в напівсферу та в широкий сектор кутів 288О. Найкращі результати співставлення кривих яскравості одержано для варіанту напівсфери. Перевірка одержаного при цьому припущенні значення швидкості викиду показала, що воно добре підходить для розпо-ділу яскравості хвоста комети на знімках, отриманих через три дні.
Одержані результати моделювання поверхневої яскравості хвос-та комети Веста показали як спроможність використаної моде-лі, так і цінність самого методу дослідження поверхневої яскравості. Виведені із такого моделювання параметри кометного пилу під-тверджуються результатами, що одержані для інших комет і дозволяють зробити висновки про пилову атмосферу комети, що виникла під час активних процесів у ядрах комети Веста.
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:
1. Сизоненко Ю.В. Исследование светораспределения в фокальной плоскости АФУ-75 // Астрометрия и астрофизика. -1980. - вып. 42. - С.99 -102.
2. Сизоненко Ю.В. Структура хвостов кометы Веста 1976 VI // Астрометрия и астрофизика. -1981. - вып.45. -С.46 - 51.
3. Сизоненко Ю.В. Стандартизация астрономических снимков с помощью радиолю-ми-нес-цент-ных источников света // Астрометрия и астрофизика. -1984. -вып. 51.- С.90 - 97.
4. Варданян Р.А., Мирзоян М.С., Сизоненко Ю.В. Применение предварительной цифровой фильтрации для обработки изображений комет //Кинемат.физ.небесныхтел.-1985.-Т1,№6-С.88- 90.
5. Черный Г.Ф., Сизоненко Ю.В. Поверхностная яркость пылевого хвоста кометы. I. Техника расчета // Кинемат.физ.небесных тел. - 1986. - Т2,№3 - С.52-58.
6. Sizonenko Yu.V. The surface photometry of comet West 1976 VI picture // Cometary exploration I. / ed. by T.I.Gombosi, Proceed. of ICCE, Budapest, 1982 - Budapest, 1982. - P.93-94.
7. Сизоненко Ю.В., Черный Г.Ф. Численное моделирование поверхностной яркости пылевого хвоста кометы. - К.: 1989. - 29с. (Препр. / АН Украины. Институт теоретической физики; ИТФ-89-57Р).
8. Сизоненко Ю.В., Сизоненко Т.А. Поверхностная фотометрия кометы Веста 1976 VI. - К.: 1992. - 16с. (Препр./ АН України. Головна астрономічна обсерваторія; ГАО - 92 - 9Р).
АНОТАЦІЯ
Сизоненко Ю.В. Дослідження пилового хвоста комети Веста 1976 VI методами поверхневої фотометрії. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.03 - Геліофізика та фізика Сонячної системи. - Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ - 1999.
Дисертацію присвячено вивченню пилового хвоста комети Веста 1976 VI за допомогою методів поверхневої фотометрії. Спостереження комети Веста було використано для одержання розподілу поверхневої яскравості пилового хвоста. В роботі викла-дено методики поверхневої фото-мет-рії та врахування редукцій фото-метрії. Виконано модель-ні роз-ра-хунки розподілу поверхневої яс-кра-вос-ті. Результати розра-хунків співставлено з розподілом поверневої яскравості, одер-жа-ним по результатам поверхневої фотометрії. Знай-дено основ-ні ха-р-ак-теристики сукуп-ності кометних пилових час-ток у хвості комети Веста. Пило-утворення ядер комети під час ак-тив-них процесів перев-ищує звичайне в 10 разів. Кра-щі резу-льтати моде-лю-вання одержано для анізотропної моделі викиду пилу. Знайдено, що процес підвищеного виділення пилу тривав близько 8 годин.
Ключові слова: комета Веста 1976VI, поверхнева фотометрія, кометні порошинки, розподіл поверхневої яскравості.
ABSTRACT
Sizonenko Yu.V. Investigation of the comet West (1976 VI) dust tail by the surface photometry methods. - Manuscript.
Thesis for the competition of a scientific degree of the candidate of Phisic and Mathematic Sciences on speciality 01.03.03 - Heliophysics and solar system physics. - Main Astronomical Observatory of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1999.
The dissertation is devoted to a study of comet West (1976 VI) dust tail by the surface photometry methods. Observations of the comet West used for obtaining a surface brightness distribution of comet dust tail. Technique of surface photo-metry and technique of the photometric reductions are discribed. The model calculations of surface brightness distributions along synchronic bands in cometary tail are carried out. The results of these calculations are compared with surface brightness distributions obtained from outcomes of photometrical measurements. The basic characteristics of cometary dust particles in comet West tail are determinated. The dust-particle emission rate for active processes is aproximately ten times more then for quiet. An anisotropic model of dust emission brought best outcomes of the numerical simulation.The duration of high dust emission is near 8 hours.
Key words: comet West (1976 VI), surface photometry, cometary dust, distribution of surface brightness.
АННОТАЦИЯ
Сизоненко Ю.В. Исследование пылевого хвоста кометы Веста 1976 VI методами поверхностной фотометрии. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.03 - Гелиофизика и физика Солнечной системы - Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев-1999.
Диссертация посвящена изучению пылевого хвоста кометы Веста 1976 VI с помощью методов поверхностной фотометрии. Для фото-графической поверхностной фотометрии пылевого хвоста кометы использованы снимки кометы, полученные в марте 1976 г. на пике Терскол (ВНБ ГАО НАН Украины). Выполнены предварительные исследо-вания, необходимые для выполнения поверхностной фото-метрии. Най-де-ны светораспределение в фокальной плоскости астро-фото-ка-меры и спектральное пропускание ее объектива, которые затем были исполь-зова-ны для внесения фотометрических редукций и стандар-тизации фотометрических измерений. Описана методика абсолютной привязки (стандартизации) фотометрических измерений с помощью радиолюминесцетного источника света (РЛИ). Точность процедуры стандар-тизации оценена по наблюдениям фотомет-рического стандарта NPS. Оценка точности близка к обычной для фотогра-фической фотометрии (8%).
Описаны процедуры учета редукций фотографической фотомет-рии. Приводится описание алгоритма предвари-тель-ной фильт-ра-ции фотометрованного изображения. Применение ме-диан--ного дву-мерно-го фильтра позво-ляет более чем в два раза улучшить соотношение сигнал-шум для оцифрованого изображения. Вследствие этого на отфильтрованном изображении появляются те детали структуры, которые «тонут» в шумах на исходном изо-бра-жении. Для 10 сним-ков кометы Веста построены системы изофот в абсолютных единицах яркости. Приводятся результаты исследо-вания структуры пылевого хвоста кометы Веста, который в начале марта 1976 г.состоял из пяти ярких полос, оси которых совпадают с синхронами. Как оказалось время образования одной из полос совпадает со вспышкой блеска кометы в перигелии, а другой – со вторичным распадом ядра. Описан метод расчета поверхностной яркости заданного участка кометного хвоста с использованием функциональных пара-метров, характе-ризую-щих совокупность пылевих частиц кометы. К этим функциональным параметрам относятся распределение пы-линок по размерам, темп пы-ле-образования ядра и скорость, которую приобретают пылинки, по-ки--дая зону взаимодействия с газом. Метод расчета опирается на клас-сический метод Финсона-Пробстейна, в основе которого лежит представление о пылевом хвосте, как о совокупности большого числа сферических оболочек. Расчет выполняется для точки хвоста, коор-динаты которой можно однозначно связать с центром сфери-ческой оболочки, используя размер пылинки и время выброса. Эта свя-зь позволяет найти зависимость поверхностной яркости от выше-упо-мя-нутых функциональных параметров, которые в свою очередь являют-ся функциями розмера пылинки и времени ее выброса. Классический метод расчета модифицирован для случая анизо-троп-ного выброса пы-левих частиц из области взаимодействия. При этом рассмат-ривается осесимметричный выброс, с осью симметрии, на-прав--ленной на Солн-це. Показано, что для наших наблюдений клас-си--ческий метод не-обхо-димо применять с учетом дополни-тель-ного, кориолисового пово-рота оси симметрии оболочки. В тоже время при-лив-ной дефор-мацией оболочек можно пренебречь ввиду их незначи-тель-ного возраста.
Яркие синхронные полосы, наблюдаемые в хвосте кометы Веста, возникли в резуль-тате повышенного выделения пыли кометным яд-ром на протяжении краткого промежутка времени. Расчитывая яр-кость точек кометного хвоста, расположенных вдоль полос, мы наш-ли, что ход яркости определяется, в основном, распределением пыли-нок по размерам и значительно слабее зависит от скорости выброса и темпа пылеобразования. Это обстоятельство позво-лило надежно подо-брать вид функции распределения по розмерам, за-фик-сировав два других параметра моделирования. Найденая зави-симость распре-деления по розмерам от розмера пылинки хорошо апрок-симируется двумя степенными функциями с показателями и для трех старших синхронних полос. Ход зависимости меняется у 8 мкм. Для младшей полосы до 6 мкм, и после 6 мкм . Темп пылеобразования подбирался после того, как было зафиксировано подобранное распределение по розмерам. Уста-нов--ле-но, что темп пылеобразования ядер кометы Веста в проме-жутках меж--ду активными процессами пылевыделения был около 0.51028 частиц/сут., а во время ак-тив-ных процессов был выше при-мер-но в 10 раз. Наибольший темп пыобразования найден для полосы, обра-зо-ванной во время вспышки блеска кометы в перигелии.
Были рассмотрены три варианта анизотропного осесимметрич-ного выброса пылинок с осью симметрии, направленной в Солнце: в конусе с углом 72О, в полусферу и в широкий сектор углов 288О. Лучшим оказался вариант полусферы. Найдена длительность процесса повышенного пылеобразования, для двух полос она оказалась не больше 8 часов. Полученные результаты модели-ро-вания поверх-ност-ной яркости хвоста кометы Веста показали как достаточность исполь-зованной модели, так и ценность самого метода исследования.
Ключевые слова: комета Веста 1976VI, поверхностная фотометрия, кометные пылинки, распределение поверхностной яркости.
