za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Развитие динамической модели Солнечной Системы



Мозаика из снимков планет Солнечной Системы, сделанных с рекордно далекого расстояния от Солнца с помощью зонда "Вояджер-1". В ближайшие годы ожидается подобная мозаика с ещё более далекого расстояния от зонда "Новые Горизонты".


   Хотя российская наука продолжает сильно отставать от мировой науки в области инструментальной базы (сейчас инструменты - это львиная доля затрат на научные исследования), российские теоретики и математики ещё продолжают оставаться одними из лучших в мире. В доказательство этого можно привести недавнюю работу супругов Питьёвых (Елены и Николая) об определение массы пояса Койпера через анализ возмущений на известные планеты Солнечной Системы. Основные тезисы работы были изложены на прошлогодней конференции в Крыму. Но потребовался целый год, чтобы пройти путь от доклада на конференции до статьи в научном журнале.




  В целом новая работа базируется на обновлении модели движения главных объектов Солнечной Системы (версия ЕРМ-2017), которая включает в себя оптические и радарные астрометрические измерения до 2015 года (прошлая версия ЕРМ-2015 включала в себя наблюдения до 2014 года). Общее число использованных наблюдений в последней версии достигло 800 тысяч. Значительная часть наблюдений приходится на радарные и оптические наблюдения главных планет Солнечной Системы, сделанных за период с 1913 по 2015 годы:



  С другой стороны, если проследить за эволюцией точности измерений астрономической единицы, то можно узнать что наиболее точным способом измерения траектории небесных тел остаётся отслеживание телеметрии межпланетных зондов:



    В версии ЕРМ-2017 используется телеметрия следующих межпланетных зондов:




  Нынешняя российская модель позволяет прогнозировать положение планет Сатурна и Меркурия с точностью до нескольких метров:






    Наиболее важными для определения массы Койпера остаётся телеметрия “Кассини”. Учет влияния массы пояса Койпера позволяет увеличить точность прогнозирования траектории планеты Сатурн с 22 до 20 метров:



   INPOP17a – это зарубежный аналог российской модели, созданный итальянскими математиками. Как видно из таблицы российские математики создали значительно более точную модель движения планеты Сатурн.

   Естественно остаётся актуальной проблема совмещения измерений, сделанных с разной астрометрической точностью. В связи с этим российские математики используют лишь небольшую долю накопленных астрометрических измерений. Хотя число 800 тысяч кажется большим, в базе данных Центра Малых планет находится информация о 200 миллионах наблюдений только малых планет Солнечной Системы. Кроме того стремительно растет число наблюдений искусственных объектов в околоземном пространстве Земли. Так российская система контроля  околоземного пространства к настоящему времени накопила почти 100 миллионов измерений:




   Параллельно развиваются и зарубежные системы подобного назначения. В области мониторинга геостационарной орбиты наиболее интересным является  проект ExoAnalytic Solutions, представляющий собой сеть из 160 небольших телескопов. На их сайте утверждается, что к настоящему времени их число измерений превысило 100 миллионов.

  Еще больше измерений выполняется для низкоорбитальных спутников. Так только СККП США выполняет 400 тысяч радарных и оптических измерений каждые сутки (146 миллионов в год).

   Естественно в ближайшие годы нас ждет многократный рост числа измерений положения небесных тел за счет ввода в строй всё большего количества обзорных телескопов (LSST, PS2 и другие). С другой стороны будет расти точность измерений. Большие надежды в этом направлении возлагаются на телескоп Gaia, точности измерений которого хватит для динамического определения массы несколько десятков астероидов. Открытия спутников (особенно много их у объектов за орбитой Нептуна) позволит определять массу небесных тел по законам Кеплера с высокой точностью.

   Конечно, остаётся проблема совмещения измерений с разной погрешностью. Но в теории она решаема. В качестве примера можно привести альтиметрию поверхности океана. Хотя погрешность каждого измерения составляет несколько десятков сантиметров и поверхность океана постоянно колеблется из-за ветра, тектонической и вулканической активности, усреднение миллионов измерений от разных спутников позволяет получить точность в несколько миллиметров и даже лучше. Другим подобным примером является вычисление средней температуры воды в Мировом океане на основе измерений нескольких тысяч буев системы ARGO.

   Использование миллионов измерений для построения динамической модели Солнечной Системы потребует огромных вычислений, что станет большим стимулом для дальнейшего развития суперкомпьютеров. Так недавно после долгого перерыва в списке топ-500 сменился лидер:



   Но преимущества дальнейшего уточнения динамической модели Солнечной Системы очевидны. Это позволит прогнозировать положения объектов Солнечной Системы на тысячи лет в прошлое и настоящее с точностью в несколько миллиметров (проблема динамической устойчивости планет Солнечной Системы), так и обнаруживать неизвестные массивные объекты во внешних областях Солнечной Системы (к примеру, теория девятой планеты). В последнем случае ещё крайне интересным является проблема поиска темной материи. Как известно изучение скоростей вращения разных областей других галактик привело к удивительному открытию: большая часть массы львиной доли галактик представляет собой неизвестное несветящееся вещество, которое концентрируется во внешних областях галактик (в их гало). Это связано с тем, что кривая вращения большинства галактик в зависимости от радиуса является почти плоской:



   С другой стороны хорошо известно, что внешние планеты Солнечной Системы обращаются вокруг Солнца со значительно меньшими скоростями, чем внутренние планеты. Изучение реликтового излучения (проект аппарата “Планк”) подтверждает вывод о том, что темного вещества в несколько раз больше по сравнению с обычным веществом.



   В тоже время анализ траекторий движения объектов Солнечной Системы и близких звезд не позволяют с достоверностью обнаружить это самое темное вещество (получены лишь верхние пределы о том, что в области Солнечной Системы обычное вещество значительно преобладает над темным веществом). Теоретически дальнейшее уточнение динамической модели Солнечной Системы наряду со сверхточной астрометрией близких звезд должно позволить определить области с повышенной концентрацией темного вещества (к примеру, с целью отправки туда исследовательских зондов для его более детального изучения).
Tags: Россия, Солнечная Система, математика, пояс Койпера, темное вещество
Subscribe
promo za_neptunie июль 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 11 comments