za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Categories:

Поиск объектов Солнечной Системы в архивных данных



   Треки астероидов главного пояса на снимках телескопа Хаббл, сделанных в направление скопления галактик Абель 370. Это скопление находится в 4 миллиардах световых лет от Земли. На снимках, полученных с 10-20 часовыми экспозициями видны треки 22 астероидов (из них 5 являются неизвестными). Источник


     Одиночные снимки глубокого космоса используются не только для каталогизации новых статичных тусклых объектов, но и активно применяются для уточнения орбит различных объектов Солнечной Системы. Так анализ 69 тысяч снимков обзора DES с проницанием до 24-25 звездной величины обнаружил более 1.5 миллионов изображений около 140 тысяч астероидов главного пояса. Ещё большая плотность объектов Солнечной Системы наблюдается на глубоких снимках камеры DECam. Сравнение только четырех снимков камеры одного поля (за 4 разные ночи) позволило найти на них более 3 тысяч астероидов главного пояса диаметром больше 100 метров (видимый блеск ярче 26 звездной величины). На анализируемых снимках хорошо видны многие тысячи галактик и звезд:




    Примером другого глубокого обзора камеры DECam стал проект DEEP (Deep Ecliptic Exploration Project). Этот проект заключается в обзоре около 100 квадратных градусов эклиптики в течение трех лет (46.5 ночей между началом 2019 года и концом 2021 года). Чувствительность этого обзора достигнет 27 звездных величин в фильтрах V и R, что позволит обнаружить около 5 тысяч объектов пояса Койпера размером больше 50 километров.

   Особенностью движения объектов Солнечной Системы является их периодическое движение на земном небе с регулярным удалением и приближением к Земле. В результате этого их видимый блеск на земном небе изменяется в широких пределах. Следствием этого является их периодическое «пропадание» на небе Земли (астрономические инструменты в любое время истории обладают определенным пределом в своих наблюдательных возможностях). В связи с этим множество астероидов и комет в Солнечной Системе принимались и принимаются за разные объекты. Впервые этот момент был обнаружен в области комет, как наиболее заметных малых тел Солнечной Системы из-за их значительного хвоста и комы. Первым на это обратил внимание Исаак Ньютон в конце 17 века, когда заметил что кометы 1680 и 1681 года могли быть одной и той же кометой до и после прохождения перицентра своей орбиты. Современник Ньютона, Эдмунд Галлей, пошел ещё дальше. В начале 18 века он проанализировал исторические записи, и пришел к выводу, что кометы 1531, 1607 и 1682 года являются одной и той же кометой с периодом обращения в 76 лет. Так была открыта первая периодическая комета. Вторая периодическая комета была обнаружена немецким астрономом Иоганном Энке в начале 19 века, который заметил сходство орбит комет 1786, 1795, 1805 и 1818 годов.




Схема орбиты кометы Галлея

   До середины 20 века каталогизацией объектов Солнечной Системы занимались немецкие астрономы с помощью выпуска специализированных журналов. Во многом, это было вызвано высоким уровнем наблюдательной астрономии и математической школы в Германии. К примеру, в Германии были открыты такие известные околоземные астероиды, как Эрос, Аполлон и Гермес. Две мировые войны существенно ослабили возможности немецкой астрономии. В результате этого Международный Астрономический Союз в 1947 году принял решение перевести организацию каталога малых планет Солнечной Системы в США. Там был создан специализированный Центр Малых Планет. В этом центре был сформирован следующий порядок каталогизации объектов Солнечной Системы. Наблюдения движущихся объектов, которые наблюдались только одну ночь, заносились в отдельную базу данных ITF (Isolated Tracklet File). Объекты, которые наблюдались несколько ночей, но без точного определения орбиты получали временное обозначение. Объекты, орбиту которых удавалось более-точно вычислить (погрешность положения на промежутке в несколько десятилетий меньше 2 угловых секунд) получали цифровой номер. Подобные нумерованные объекты обладают многолетним рядом наблюдений.  К примеру, недавно пронумерованный юбилейный астероид 500000 наблюдался с 2001 года в 9 разных годов (оппозиций) 84 раза. Связывание наблюдений за разные даты и тем более за разные годы является сложной задачей, требующей трудоёмкие вычисления. В связи с этим, если на заре развития вычислительной техники в 1995 году в базе данных Центра Малых Планет нумерованные объекты составляли только 23% от общего числа объектов (6 из 28 тысяч), то сейчас их доля возросла до 68% (541 из 795 тысяч). Ещё больше увеличилась доля общего количества наблюдений нумерованных астероидов: с 59% (532 из 899 тысяч) в 1995 году до 94% (201 из 213 миллионов) в 2019 году. Большинство ненумерованных объектов наблюдались только в течение одного года:




   Значительную долю объектов, которые наблюдались лишь в течение одного года, составляют объекты с дугой наблюдений меньше 15 суток:




    С другой стороны большой проблемой в последние годы стала сильно разросшаяся база объектов одной ночи (ITF или Isolated Tracklet File). Глубокие обзоры неба телескопов Каталина и Pan-Stars привели к тому, что количество наблюдений и объектов в этой базе сейчас выросло до 16 миллионов наблюдений 4 миллионов объектов:






    Подобное увеличение связано с тем, что во время проведения глубоких обзоров неба условия видимости (высота над горизонтом, прозрачность атмосферы) постоянно меняется (как по минутам и часам, так в отдельные дни, месяцы и годы). В связи с этим тусклые объекты начинают обнаруживаться только эпизодически. Кроме того важную роль играет угловая скорость объекта:






    По этой причине многие объекты Солнечной Системы удаётся наблюдать только одну ночь. Ожидается, что с будущими обзорами размер базы данных ITF вырастет ещё больше:



     В результат этого Центр Малых Планет проводит большую работу по уменьшению размера базы данных ITF, путем отождествления в ней известных или неизвестных объектов Солнечной Системы. Главную роль в этом играет Роберт Уэрик (первооткрыватель первого межзвездного объекта 1I). К августу 2017 года в базе ITF удалось идентифицировать 60 тысяч новы х объектов (большинство из них астероиды главного пояса). В 2019 году, это число выросло до 180 тысяч. Предполагается, что на первом этапе базу ITF удастся уменьшить на 10%, а на втором этапе больше чем на 20%.

    База ITF включает в себя несколько последовательных наблюдений за одну ночь, лежащих на одной траектории. Ещё большее количество наблюдений возможных объектов Солнечной Системы находится в так называемых базах транзиентов. Так каталог транзиентов северного обзора Каталина содержит 1.8 миллиардов транзиентов с 2005 по 2012 годы, а каталог транзиентов южного обзора Каталина содержит 2.1 миллиардов транзиентов за тот же период. Ещё больше подобных объектов содержится в базе данных гавайского телескопа Pan-Starrs: полмиллиона снимков 60 тысяч площадок неба за 2010-2015 годы включают в себя почти 8 миллиардов транзитов. В настоящее время предпринимаются усилия по поиску в этих базах транзиентов известных и неизвестных астероидов Солнечной Системы.

    Другой большой проблемой остаётся определение орбит комет, которые обладают очень вытянутыми орбитами или даже незамкнутыми траекториями (межзвездные гиперболические траектории с e>1). Если в 1995 году доля наблюдений периодических комет составляла 46% (28 из 62 тысяч), то в 2019 году она даже уменьшилась до 40% (422 из 1057 тысяч). С 2017 года тема обнаружения межзвездных объектов перешла из теоретической плоскости в практическую плоскость. Так польские астрономы начали переанализ существующей астрометрии комет с целью поиска в ней возможных межзвездных объектов. В 2018 году этой группой был опубликован первый результат этого исследования, который гласит, что малоизученная комета C/2014 W10 PANSTARRS могла обладать эксцентриситетом своей траектории не e=1.0, а e=1.65. Анализ снимков глубоких обзоров позволил обнаружить семь изображений второго межзвёздного объекта (2I/Borisov) в данных обзора ZTF, которые сделаны задолго до её открытия (с декабря 2018 года по май 2019 года). Согласно этим снимкам, на удаление в 9-5 а.е. от Солнца комета обладала видимым блеском около 20-21 звездной величины. Это говорит о том, что кометная активность межзвездного объекта появилась задолго до приближения к Солнцу.



 Сложение восьми снимков межзвездной кометы 2I/Borisov, сделанных обзором ZTF 2 мая 2019 года





Снимки проекта ZTF, на которых межзвёздная комета видна или не видна (в последнем случае снимки датированы диапазоном между 31 октября и 2 ноября 2018 года)





 Измеренная яркость межзвездной кометы на архивных снимках проекта ZTF. Из факта необнаружения кометы в начале ноября 2018 года делается вывод об отсутствие кометной активности на удаление в 9 а.е. от Солнца и размере ядра меньше 7 км


    Кроме того факт того, что обзор ZTF оказался бессильным обнаружить комету до её захода за Солнце подтверждает версию о том, что роботизированные обзоры испытывают трудности в обнаружение межзвездных объектов с большим эксцентриситетом траектории (в отличие от визуального поиска любителей астрономии). Это аргумент приводит к ещё большей мотивации переанализа архивных снимков глубоких обзоров неба. Первые два открытых межзвездных объектов показали большое разнообразие этой слабоизученной популяции небесных тел (к примеру, отсутствие или наличие кометной активности). В связи с этим недавно в Европейском космическом агентстве был даже утвержден проект межпланетного зонда для изучения межзвездных объектов. Авторы проекта надеются перехватить межзвездную комету за счет того, что обзорные телескопы в последние годы обнаруживают новые кометы на всё большем удалении (до 20 а.е.):



   Миссия стала первым утвержденным проектом нового европейского конкурса F с минимальным бюджетом — около 150 миллионов евро. В связи с этим предлагается запустить межпланетный зонд-перехватчик, как попутную нагрузку космического телескопа Ариэль. Кроме того экономия бюджета требует, чтобы европейские страны-участники проекта или сторонние страны дополнительно профинансировали создание приборов для зонда.

   Относительно небольшой бюджет проекта приводит к тому, что длительность миссии ограничена 5 годами. В результате этого время нахождения зонда в точке либрации Земли ограничено тремя годами по причине того, что на перелет к точке перехвата межзвездной кометы отводится около двух лет. Для более детального изучения межзвездного гостя предлагается оснастить зонд двумя отделяемыми аппаратами. Главный зонд проекта будет рассчитан на пролет межзвездного объекта с встречной скоростью более 70 км в секунду.



   Телескоп Ариэль, предназначенный для спектроскопии около тысячи транзитных экзопланет будет запущен примерно в 2028 году. В связи с этим существует большая неопределенность, будет ли обнаружена подходящая межзвёздная комета до запуска или за три года «парковки» в точке либрации. Всё упирается в тот факт, что встречаемость межзвездных объектов в Солнечной Системе известна очень плохо. Так в худшем случае зонд изучит обычную короткопериодическую комету, к примеру, фрагмент распавшейся кометы 73P.

   Тем не менее, шансы на то, что подходящий межзвездный объект будет найден ещё до запуска зонда, остаются достаточно высокими. Так, в конце 2018 года прозвучало предложение увеличить северную границу обзора LSST до 30 градусов склонения:



   Это очень важный момент, так как апекс Солнечной Системы (точка направления движения нашей системы в галактике) находится в созвездие Геркулеса (около звезды Вега) со склонением в 30 градусов.

   Другой важный момент заключается в чувствительности снимков LSST. В обычном обзорном режиме она будет равна примерно 24 звездной величине при времени экспозиции в 30 секунд. Но специальный режим (DDF или Deep Drilling Field) позволяет за 2-часовую экспозицию получить чувствительность в 27.5 звездных величин (на статистическом уровне доверия в 5 сигм).



   Сравнимой чувствительностью с LSST обладает будущий инфракрасный космический телескоп NEOCam. Ожидается, что 5-10 лет работы этот телескоп обнаружит 2-8 миллионов астероидов главного пояса (против 6 миллионов в проекте LSST). В отличие от LSST, NEOCam может наблюдать и южное, и северное полушарие неба.

    До ввода в штатную эксплуатацию LSST остаётся ещё 2-3 года. Не исключено, что этот срок оценки встречаемость межзвездных объектов будут существенно уточнены за счет бурного развития анализа архивных глубоких обзоров. Так переанализ снимков завершенного астероидного обзора NEAT (1995-2003 годы) с помощью современного программного обеспечения позволил увеличить количество обнаруживаемых околоземных астероидов больше чем на 150%.
   С другой стороны снимки космического телескопа Gaia содержат изображения более 300 тысяч астероидов с высочайшей астрометрической точностью (публикация первых 2 миллионов наблюдений 14 тысяч объектов за 1.5 года миссии во втором релизе проекта показала, что их астрометрическая точность сравнима лишь с несколькими тысячами радарных измерений немногочисленных околоземных астероидов). 96% астрометрических измерений Gaia обладают погрешностью меньше 5 mas, в то время как средняя погрешность измерений цифровых камер в базе данных Центра Малых Планет близка к 400 mas. Поиск неизвестных астероидов на снимках Gaia только начинается. В ноябре 2018 года с помощью снимков Gaia были найдены первые три астероида.
    Другой обзор Pan-Starrs только за первые 6 лет работы (2010-2016 годы) получил 19 миллионов изображений более половины миллиона астероидов.

    Несмотря на быстрый рост количества обзорных наблюдений, крупные телескопы с небольшим полем зрения продолжают активно использоваться для уточнения орбит приоритетных объектов Солнечной Системы. Так 2.2-метровый телескоп Гавайского университета в 2018 году провел три тысячи наблюдений околоземных астероидов с плохо изученной орбитой (наблюдались только в течение одного года) и видимым блеском меньше 21 звездной величины. Превосходный астроклимат Гавайских островов позволяет даже сравнительно небольшому телескопу регистрировать астероиды с видимым блеском в 25.3 звездных величин за 6.25 часов наблюдений во время двух ночей (SNR=4). За последние два года телескоп затратил 30% своего времени на наблюдения астероидов тусклее 23-24 звездной величины. Активизировал наблюдения объектов Солнечной Системы и космический телескоп Хаббл, который обладает лучшей точностью астрометрии в оптическом диапазоне (с ним может сравниться только Gaia и то в случае объектов ярче 20-21 звездной величины). Его наблюдения позволяют проводить точные измерения траекторий найденных межзвездных объектов (в том числе и для оценок их негравитационного ускорения). С другой стороны в 26 цикле уникальный космический телескоп провел наблюдения сразу 221 объектов пояса Койпера (SSOLS или Solar System Origins Legacy Survey). На каждый объект было затрачено по орбите телескопа (90 минут), что означает суммарные временные затраты на программу в 13 суток. Главной целью обзора называется изучение двойственности и спектральных характеристик объектов пояса Койпера крупнее 100 км с видимым блеском больше 24.5 звездных величин.

    Для сравнения проект по картографированию одной третьей части близкой галактики М31 в созвездие Андромеды (PHAT или Panchromatic Hubble Andromeda Treasury) занял 828 орбит телескопа или 52 суток. На снимках этого обзора общим объемом в 1.5 миллиардов пикселей и с чувствительностью до 27-28 звездной величины видно больше 100 миллионов отдельных звезд. Этот обзор покрыл 441 отдельные площадки общей площадью в 0.5 квадратных градусов (всего было получено 7398 отдельных снимков). Всего же к 2017 году снимки дорогостоящего космического телескопа покрыли только 40.6 квадратных градусов неба. Это примерно 1/1000 часть всего неба (поле зрения телескопа близко к одной десятимиллионной доле от общей площади неба). На сайте телескопа говорится о 1.5 миллионах наблюдений 43,5 тысяч небесных объектов общим объемом в 153 терабайт к весне 2018 года. Естественно в таком огромном архиве данных существует множество случайных изображений известных и неизвестных объектов Солнечной Системы. В 111-ую годовщину Тунгусского метеорита европейские астрономы запустили волонтерский проект Hubble Asteroid Hunter по визуальному поиску треков астероидов на снимках “Хаббла”. За первые полгода проекта в нём приняли участие почти три тысячи человек, которые провели около 300 тысяч классификаций 11 тысяч снимков (это примерно 1% от задачи проекта). Первые результаты проекта говорят о том, что его участники смогли найти примерно треть треков, которые прогнозируют данные Центра Малых планет (восстановлено около 1300 траекторий среди 3741 снимков с прогнозируемыми траекториями астероидов). Отсутствие обнаружения остальных 2/3 астероидных следов может говорить о большой погрешности определения орбит малых планет Солнечной Системы (к примеру, межзвездная комета Борисова в архивных данных проекта ZTF была найдена в 5 угловых секундах от прогнозируемого положения).



   Без сомнения проект Hubble Asteroid Hunter окажет сильное влияние на уточнение траекторий астероидов, так как Хаббл обладает высочайшей точностью астрометрии. В свою очередь более точные параметры орбит известных астероидов помогут уточнить динамическую модель Солнечной Систем (как в области вопроса стабильности орбит известных планет, так и в области темной материи – возможности существования неизвестных периферийных планет или скоплений экзотической материи).
Tags: 1i, 2i, hst, lsst, ztf, Солнечная Система, архивные данные, глубокие обзоры, межзвездные объекты
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.
  • 0 comments