Научный сотрудник из НИИ астрономии рассказал о космических явлениях (видео)

О наблюдениях за галактическими туманностями и последних результатах изучения малых тел Солнечной системы, полученных космическими аппаратами, мы побеседовали со старшим преподавателем кафедры астрономии и космической информатики, старшим научным сотрудником Научно-исследовательского института астрономии Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина Иваном Григорьевичем Слюсаревым.

Справка. Научно-исследовательский институт астрономии Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина был создан в январе 2002 года на базе университетской Астрономической обсерватории, основанной в 1883 году. А астрономический кабинет в университете существовал еще с 1808 года. Сегодня это одно из ведущих астрономических учреждений Украины, где проводятся фундаментальные и прикладные исследования по физике Солнца, Луны, планет, спутников, астероидов, комет, фундаментальной астрометрии и звездной астрономии. Иван Григорьевич Слюсарев — кандидат физико-математических наук, член Международного астрономического союза.

— Иван Григорьевич, расскажите, пожалуйста, какова область Ваших научных исследований?

— В нашем НИИ есть несколько отделов, изучающих различные области астрономии, но в первую очередь тематика исследований сосредоточена на изучении физических свойств тел Солнечной системы. Я работаю в отделе физики астероидов и комет под руководством доктора физико-математических наук Ирины Бельской и занимаюсь физическими свойствами групп и семейств астероидов. Это такие скопления астероидов, которые объединены общим положением в пространстве (группы) или же общим происхождением (семейства) в результате разрушения родительского тела при столкновении с другим астероидом.

— Какие телескопы НИИ астрономии Вы используете для своей научной работы?

— Основной инструмент  — телескоп-рефлектор АЗТ-8 с диаметром зеркала 0,7 м, расположенный на загородной наблюдательной станции в 70 км к юго-востоку от Харькова у села Ивановка Чугуевского района. Я, как и другие сотрудники нашего отдела, ездим туда на наблюдения. К сожалению, у нас нет более крупных инструментов, это заметно ограничивает задачи, которые можем мы решать.

— А телескопы других обсерваторий?

— Да, у нас есть возможность использовать более крупные телескопы других обсерваторий. Но это не простой процесс – существуют международные комиссии, которые рассматривают заявки на получение наблюдательного времени. Для успеха нужна очень хорошо продуманная задача и описание того, как на данном телескопе ее можно решить. Как правило, такие заявки пишутся коллективом авторов вместе с нашими зарубежными коллегами.

— Участвуете ли Вы в открытиях новых астероидов?

— Нет, на сегодня задач по открытию новых астероидов мы не ставим. Для этого существуют специальные роботизированные телескопы диаметром зеркала 1 – 2 метра, обладающие большим полем зрения. К ним относятся Lincoln Near-Earth Asteroid Research, Catalina Sky Survey,  Pan-STARRS и Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System. Все они находятся в США. Так, в центре в Линкольне,  с 1960 года по 2012 год, было открыто 147 тыс. астероидов. Сначала любой только что открытый астероид получает предварительное обозначение. Для примера — 1995 SZ_9, это значит, что астероид был открыт в 1995 году, буква S говорит, что это произошло в диапазоне 16 по 30 сентября, вторая буква Z уточняет, что открыт он был в после 25-го сентября а номер 9 – говорит, лишь то, что это 9-й астероид открытый в этот временной интервал.

-Расскажите, пожалуйста, о планетарных туманностях. Сколько их существует в нашей Галактике, чем они отличаются и можно ли увидеть их в бинокль или телескоп?

— Планетарная туманность – это газовая оболочка, сбрасываемая звездами с массами от 0.8 до 8 солнечных на завершающей стадии их эволюции. По сути, это верхние слои звезды, которые сбрасываются и остается только медленно остывающее ядро звезды – белый карлик. Такая же судьба ждет и наше Солнце. Время существования планетарной туманности около  10 000 лет. В нашей галактике известно 1500 планетных туманностей.  Близкие к нам туманности имеют угловые размеры и блеск, достаточные для того, чтобы их можно было наблюдать даже в любительский телескоп с объективом 5-10 см. Вот некоторые из них.

-Удавалось ли Вам фотографировать планетарные туманности?

— Да, это легкая задача. Во время астрофизической практики наши студенты иногда получают цветные изображения планетарных туманностей.  Вот одно из них.

— Несколько лет назад в новостных лентах было много сообщений о удивительном  атмосферном явлении в атмосфере Сатурна — облачной структуре в виде правильного шестиугольника на Северном полюсе Сатурна. Можете ли Вы подробнее рассказать об этом?

— Это не шторм, как некоторые журналисты писали, это сложное атмосферное образование, по-видимому, возникающее как результат взаимодействия струйных течений в полярных областях с вихрями.

По крайне мере лабораторное моделирование позволяет говорить именно о таком механизме, который можно наблюдать на этом видео — https://www.youtube.com/watch?v=n_c9A9Auf0A. Шестиугольник был открыт еще в 1981 году на снимках, сделанных  космическими аппаратами «Вояджер-1» и «Вояджер-2» , а его существование было подтверждено в 2006-м году космическим аппаратом «Кассини». В центре его наблюдается полярный вихрь. Длина стороны шестиугольника — 15 тысяч км, она сравнима с диаметром Земли, который составляет 12600 км. Удачный снимок полярного вихря на Сатурне был сделан «Кассини» в инфра-красном диапазоне в 2013-м году.

-Сейчас сразу несколько стран — Китай, Индия, США, Россия — заявили о планах возобновления исследований Луны, включая доставку и образцов грунта и отправку луноходов и даже возвращение людей на поверхность нашего спутника. Прокомментируйте, пожалуйста, современное состояние исследований Луны.

— Действительно, исследования нашего спутника в последние пару десятилетий только интенсифицируются. Так, с 2009 года на орбите Луны находится космический аппарат LRO, который производит постоянную съемку всей поверхности Луны с максимальным разрешением 1 м на 1 элемент изображения. Это позволяет обнаруживать появление новых кратеров на поверхности. Один из таких вновь образовавшихся кратеров представлен на снимке.

Также можно посмотреть на места посадок «Аполлонов». Ниже на снимке видны хорошо протоптанные американскими астронавтами дорожки, сама посадочная платформа «Аполлона-17» и лунный ровер — электромобиль, на котором астронавты ездили.

Современный всплеск научного интереса частично объясняется осознанием того, что Луна в не слишком отдаленном будущем может стать полигоном  добычи некоторых нужных человечеству веществ.  Для этого и планируется постройка лунных баз. Возможно, нам удастся воплотить в реальность идеи романа Р.Хайнлайна «Луна – суровая хозяйка», написанного в 1966 году. Так, еще во второй половине 1980-х годов было выяснено, что в Лунных морях (темных пятнах, видимых невооруженным глазом) может аккумулироваться из солнечного ветра изотоп гелия Не3, который является одним из самых перспективных видов топлива для термоядерной энергетики. И поэтому встал вопрос выяснения характера распределения этого изотопа на поверхности Луны. Эта задача была решена одними из первых сотрудниками нашего института в 1999 году. На рисунке представлена карта распределения изотопа Не3 по видимой стороне Луны.

— На какое расстояние Луна отдаляется от нас каждый год?

— На 38 мм. Это данные лазерной локации, такие наблюдения были начаты практически сразу после изобретения лазеров.

Размер лазерного луча на поверхности Луны составляет несколько км и, чтобы увеличить эффективность отражения, на поверхности Луны были установлены уголковые отражатели. На снимке вы можете увидеть уголковый отражатель, находящийся на поверхности Луны, а на слева за ним — посадочный модуль Аполлон-11.

— Гравитационное поле Земли увеличивается синхронно с отдалением Луны или остается прежним?

— Конечно нет! Собственно сила притяжения по закону всемирного тяготения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между телами. Само же гравитационное поле Земли на больших, по сравнению с размером самой Земли, расстояниях определяется только массой Земли.

— Осенью этого года должна завершиться миссия космического аппарата «Dawn» к Церере и Весте — крупнейшими телам в поясе астероидов. Расскажите, пожалуйста, об этих малых планетах.

— Космический аппарат «Dawn» — это миссия NASA, запущенная 27 сентября 2007 года для детального исследования карликовой планеты Церера и астероида Веста. Ниже можно увидеть изображения полученные космическим телескопом Хаббла перед запуском этой миссии.

Веста имеет радиус в 260 км, плотность этого астероида 3.76 г/см3, вокруг своей оси он делает один оборот за 5.3 часа. Ее поверхность достаточно далека от равновесного эллипсоида и обладает значительной цветовой неоднородностью.

Карликовая планета Церера значительно больше — радиус 475 км, собственная гравитация придала телу почти сферическую форму. Период вращения Цереры 9 часов, плотность ниже чем у Весты —  чуть больше 2 г/см3. Ее поверхность значительно более однородна, однако наблюдаются области с очень высокой отражательной способностью – около 50 %, при том, что типичная отражательная способность этого тела 5 %. Спектральный анализ позволил выяснить, что это карбонаты, схожие с обычной содой, хорошо известной всем землянам.

— Расскажите, пожалуйста, об астероидах, движущихся по резонансным с Землей орбитам. Сколько известно таких небесных тел?

— Это такие астероиды, которые имеют период обращения вокруг Солнца совпадающий с земным периодом. Их около 10.

— Из-за чего, на Ваш взгляд, могут возникать такие довольно устойчивые связи небесных тел в пару или группу и как долго они могут существовать?

— Это как раз не устойчивые связи. За достаточно короткий срок по меркам Солнечной системы, резонансные с  Землей тела могут перейти в другой класс – движущихся по подковообразным орбитам. Справедливо и обратное. Основные силы в Солнечной системе – притяжение к планетам и Солнцу, они и управляют движением астероидов и эволюцией их орбит.

— Ведутся ли в НИИ Астрономии  наблюдения за астероидом Круитни, который находится в орбитальном резонансе с нашей планетой и синхронно с нашей планетой вращается вокруг Солнца?

— Именно у нас наблюдения его не проводятся. Этот астероид был открыт в 1986 году, имеет сильно вытянутую орбиту и приближается к Солнцу на 0.45 астрономических единиц, а удаляется до 1.5 астрономических единиц. К Земле он приближается не менее чем на 12 млн. км.  каждый ноябрь. Диаметр этого тела около 5 км.

-Кратерированность поверхностей астероидов, к которым были миссии космических аппаратов, указывает, что столкновения с другими меньшими телами не редкость. А есть ли свидетельства того, что столкновения астероидов происходят и теперь?  Может быть, вам удавалось фотографировать или видеть снимки таких столкновений?

— Да, в 2010 году был зафиксирован кометоподобный хвост у астроида из внешней части главного пояса (596) Шейла. На снимках космического телескопа «Хаббл» видна структура этого хвоста, а также комы — диффузной оболочки вокруг ядра. Это указывало на то, что причиной образования пылевого выброса было столкновение с телом размером в несколько десятков метров. Мы наблюдали этот астероид, чтобы проверить не изменило ли столкновение оптические свойства этого астероида. Заметных изменений обнаружить нам не удалось. На снимке, сделанном космическим телескопом «Хаббл», запечатлен пылевой выброс из астероида (596) Шейла.

— Расскажите, пожалуйста, об истории столкновений нашей планеты с самыми крупными астероидами.   Как давно были эти столкновения и к каким последствиям они привели?

— На поверхности Земли более 200 кратеров с размерами более нескольких десятков метров до 200 км. Так кратер Вредефорт в ЮАР имеет диаметр 160 км и возраст более 2 млрд лет. Попигай в РФ диаметром 100 км образовался  всего 35 млн лет назад. Знаменитый Аризонский кратер размером всего 1.2 км сформировался 49 тыс лет назад. На территории Украины есть кратер Оболонь в Полтавской области диаметром 20 км и возрастом 169 млн лет. Метеориты все время падают на Землю, Челябинский метеорит хорошо все помнят. Есть гипотеза, что Луна образовалась из обломков, после столкновении прото-Земли (Тейи) с крупным телом с Марс размером.

— Какие могут быть размеры обломков от столкновений астероидов, с какой скоростью они движутся и какие бывают траектории их полета?

— Размеры обломков — от тела, сравнимых по размеру с родительским до пылинок. Они распределены по размерам по тому же закону, что и города Земли по населению. Это так называемый закон Парето или просто степенной закон: чем меньше размер тела, тем больше таких тел.  Чем меньше обломки, тем с большей скоростью они могут быть выброшены при ударе. Надо сказать, что относительные скорости астероидов в главном поясе порядка 5 км/с, и столкновения с такими скоростями приводят к взрывам – выделению большого количества энергии в малом объем за малое время. При этом часть кинетической энергии ударников идет на разрушение тел, частичное плавление и испарение их вещества. Так формируются семейства астероидов. Они были открыты в 1918 г. японским ученым К. Хираяма и с тех пор активно изучаются, поскольку обломки – это фрагменты тела, которые ранее были внутри астероида. Так что, изучая семейства мы изучаем то, что раньше было внутри астероидов.

Фотографии и иллюстрации предоставлены Иваном Григорьевичем Слюсаревым.

.