Конкурс по космически изследвания „Одисей" проект "Хвани астероид"



Дата24.07.2016
Размер267.51 Kb.



Общоевропейски образователен конкурс по космически изследвания „Одисей”


ПРОЕКТ
“Хвани астероид”


















Състезателна категория: Слънчева система

Екип: Ловци на астероиди

Членовете на екипа: Иван Попов – 10 клас

Петър Даскалов – 10 клас

Александър Иванов – 11 клас

Ръководител: Веселка Радева

Народна астрономическа обсерватория и планетариум „Николай Коперник”

Варна 2012

Съдържание

Въведение 4


1.Астероидите – малките тела в Слънчевата система 5

    1. Екваториална координатна система, орбитни
      елементи 6

    2. Физични характеристики 10

    3. Класификация на астероидите 11

    4. Космически мисии до астероиди 12




  1. Избор на астероид 13




  1. Наблюдения на астероида 16




  1. Определяне на екваториалните координати 20




  1. Определяне на ротационния период на астероида 22




  1. Анализ на резултатите 25




  1. Космическа мисия до астероида 28

    1. Научни цели на мисията 28

    2. Планиране на мисията 30

Заключение 31


Литература 33
Приложения 34

Резюме


В Слънчевата система между Марс и Юпитер се движат няколкостотин хиляди огромни скали – астероидите. Астрономите ги изучават от 200 години и все още не сме успели да открием и изучим всички тези обекти. Това обаче, което сме научили за тях ни дава основание да мислим, че в близкото бъдеще те ще бъдат основен източник на природни ресурси за човешката цивилизация. Най-големите космически агенции – Европейската Космическа Агенция и НАСА вече реализираха успешни космически мисии до астероиди.

В проекта „Хвани астероид” ние представяме нашия поглед към един астероид, нашите телескопични наблюдения на този обект, резултатите от обработените изображения. Ние проследихме движението на този астероид в продължение на една нощ и измерихме неговите екваториални координати. Тези данни изпратихме в Центъра за малки планети в Харвард, където се събират астрометричните наблюдения за астероидите. Измервайки промяната на блясъка на астероида, ние определихме, че неговата важната физическа характеристика периода на въртене около остта е 2.7072 часа. Събрахме известната научна информация за астероида и на базата на това, което научихме, направихме предложение за космическа мисия до него. Проследихме движението на астероида за следващите 30 години и избрахме подходящия момент за изстрелване на космическа сонда до него.

Така ние „хванахме” и изследвахме нашия астероид първо с един от големите телескопи на България, и след това планирахме неговото космическо „прихващане” с космически апарат в една бъдеща космическа мисия.

Въведение

Земната цивилизация вече 50 години изследва Слънчевата система със спътници, апарати, сонди и станции. Едновременно с голямото развитие на науката и технологиите, ние изчерпваме ресурсите на нашата планета: нефт, газ, руди със всякакъв състав.

Стабилното развитие на космическите технологии, съчетано с енергийните и ресурсни проблеми на Земята, кара учените да се насочват към един богат на ресурси район в Слънчевата система – астероидния пояс [1]. Астероидите, които са наблюдавани до сега са над 500 000. Един от тези обекти е в основата на нашия проект - астероидът 4844 Matsuyama (1991 BA2) [4].

Основната задача, която сме си поставили е да допълним известните научни данни за 4844 Maтсуяма с резултатите от направените от нас астрометрични и фотометрични наблюдения на този астероид. По този начин ще допринесем за уточняване на орбитата на астероида и за доуточняване на неговия период на въртене.

Един от резултатите, които ще постигнем е да допринесем за създаване на подробен “портрет” на обекта. Това би дало възможност да се разработи една истинска космическа мисия до него. Една бъдеща космическа мисия включва наземно изследване на астероида, разработване на идеен проект на космическа сонда и времева програма за реализирането на космическа мисия до астероида.

Създаването на портрет на астероида Матсуяма е подготовка за реализация на първата част от една бъдеща космическа мисия до него.



  1. Астероидите – малките тела в Слънчевата система

Астероидите принадлежат към групата на малките тела в Слънчевата система. Това са малки обекти с твърда повърхност, които обикалят около Слънцето. Повечето астероиди са останки от протопланетния диск, които не са попаднали върху планети или не са били изхвърлени извън Слънчевата система по времето на нейното формиране. Някои астероиди са двойни, имат собствени спътници. По-голямата част от астероидите се намират в астероидния пояс между Марс и Юпитер. Регионът е наречен  главен астероиден пояс , защото има и други астероиди в Слънчевата система, например има астероиди в близост до Земята. Определението астероид, което означава „подобен на звезда” е използван за първи път от сър Уилям Хершел след откриването на втория астероид Палада през 1802 година от Хайнрих Вилхелм Олберс.

Най-големият астероид е 1 Церера с диаметър от 900-1000 км. До декември 2012 година са открити и дадени номера на над 347 481 астероида [2,3]. Обозначението на открит астероид включва в себе си годината на откритието и последователния номер с букви и цифри. След като астероид с дадено обозначение се наблюдава по време на няколко обиколки около Слънцето и има много точно определена орбита, той може да получи име от своя откривател. Има още няколко стотин хиляди открити, но неномерирани малки тела. Това означава, че те са наблюдавани само няколко нощи и не са проследени. На над 16 000 астероида орбитите са уточнени и са им дадени имена.


    1. Екваториална координатна система, орбитни елементи, орбитна диаграма

Астрономите правят астрометрични и фотометрични наблюдения на астероидите. Астрометричните наблюдения се правят с цел да се определят екваториалните координати (ректасцензия и деклинация) на астероидите. Тези наблюдения имат за цел да определят орбитата на всеки астероид. Орбитата на всеки астероид се определя от орбитните му елементи. Астрометрията на астероидите трябва да е много точна и прецизна, грешката в изчисленията не трябва да е по-голяма от 0.1 от дъговата секунда по ректасцензия и деклинация. Фотометрията на астероидите се прави с цел да се определи ротационния период на астероида и да се определи неговата форма. Астрометрията и фотометрията на астероидите се правят със специални астрономически програми, които изискват много внимание и сериозен труд.

При астрометрията на астероиди ние си служим с екваториалната координатна система.

Екваториалната координатна система се използва за определяне на положенията на небесните обекти [7]. Тя е аналог на географските координати (ширина и дължина), които се използват за земните обекти, разбира се със своите особености. Едната от тях е, че равнината на небесния екватор се пресича под различен ъгъл спрямо равнината на хоризонта, в зависимост от географската ширина на наблюдателя. Ако живеехме на земния екватор, тогава небесният екватор щеше да минава над нас, през точките Изток и Запад, а ако живеехме на полюса тогава небесният екватор щеше да е успореден и съвпадащ с линията на хоризонта. Мястото на небесните обекти на небесната сфера се определя по тяхната РЕКТАСЦЕНЗИЯ ( α ) и ДЕКЛИНАЦИЯ ( δ ) Фиг.1. 



Фиг.1. Схема на екваториалната координатна система



РЕКТАСЦЕНЗИЯТА се бележи се с малката гръцка буква α. Тя е аналог на географската дължина. Тя показва ъгловото отстояние на обекта (в посока обратна на денонощното въртене на небето) от точката на пролетното равноденствие - в съзвездието Риби, там където еклиптиката пресича небесния екватор. Ректасцензията се измерва в часове, минути и секунди - от 0ч до 24ч.

ДЕКЛИНАЦИЯТА се бележи с малката гръцка буква δ. Тя е вертикалната компонента на екваториалната координатна система, аналог на географската ширина. Чрез нея се отчита ъгловото отстояние на небесния обект от небесния екватор. Измерва се в градуси, "нагоре" и "надолу" от небесния екватор - от 0° до ±90°. Всички точки от небесния екватор имат деклинация 0°, а северният и южният полюси имат деклинации +90° и -90°.
Орбитни елементи

Орбитните елементи на малките тела в Слънчевата система – кометите и астероидите, които се определят на базата на астрометричните измервания са представени на Фиг.2.


Фиг. 2. Схема на орбитните елементи




  1. Дължина на голямата полуос на елипсата – а. Дава се в астрономически единици AU (1AU = 149 597 870 км).

  2. Перихелийно разстояние (Perihelion Distance) - q. Това е разстоянието от Слънцето до най-близката до него точка от кометната орбита p, наречена перихелий. Дава се също в астрономически единици.

  3.   Ексцентрицитет на орбитата (Eccentricity) – е. Това е параметър, описващ вида на орбитата. Ексцентрицитетът е разстоянието от центъра на елипсата до Слънцето, разделено на голямата полуос на елипсата.

  4. Наклон на орбитата (Inclination of Orbit) – i. Това е налконът на равнината на кометната орбита спрямо равнината на земната (еклиптичната равнина). Дава се в градуси. Ако кометата се движи покрай Слънцето в посока, в каквато и Земята обикаля около него, наклонът има стойност по-малка от 90°. Ако посоките са противоположни - i >90°. Гледано откъм север, Земята обикаля Слънцето в посока обратна на движението на часовниковата стрелка.

  5. Дължина на възходящия възел (Longitude of the ascending node) - node.

  6. Peri - Аргумент на перихелия (Argument of perihelion) е ъгълът между линията, съединяваща Слънцето с възходящия възел и линията, съединяваща Слънцето с перихелийната точка p от орбитата на астероида. Този ъгъл се отчита от възходящия възел, по посока на движението на астероида. С други думи, аргументът на перихелия описва ориентацията на орбитата на небесното тяло в собствената й равнина. Ъгълът лежи в равнината на орбитата на тялото.

  7. Период на обикаляне на тялото около Слънцето – P, в години. Според третия закон на Кеплер, отношението между кубът на голямата полуос a и квадрата на периода P е константа, т.е. a3/P2 = const. Ако изразим голямата полуос в астрономически единици (AU), а периода в години, от зависимостта a3= P2 ще получим периода P в години (P = квадратен корен от a3 ).

  8. Точният момент, в който кометата или астероидът преминава през перихелия си т.е. през точката p (Date and Time of Perihelion) – Tp.

  9. M – аномалия: мястото на астероида в определен период от време.

  10. Q – разстоянието между астероида и Слънцето в най-отдалечената точка от орбитата му - афелия

Орбитните елементи дават възможност за изчисляване на ефемерида на обекта, което означава, че той може да бъде наблюдаван и проследяван във всеки момент от време. Точността на астрометричните изчисления оказва влияние на точността на изчислените орбитни елементи. Точно пресметнати орбитни елементи позволяват да бъде направена точна ефемерида(таблица с координати на обекта). Правилната ефемерида ще покаже точното положение на обекта на небето и той ще може да бъде наблюдаван с телескопи и да се получи ново негово изображение със ССД матрицата на телескопа.

Това е причината да се стремим да правим много точни и прецизни изчисления на положенията на астероида.




    1. Физични характеристики


Абсолютна звездна величина – звездната величина, която астероида би имал ако се намира на разстояние от нас равно на 1 а.е.(разстоянието между Земята и Слънцето, което е равно на 149 597 870 700 метра)

Размери на астероида(обикновено се пресмятат размерите a, b, c защотото астероидът се разглежда кат елипсоид с три оси) или в опростения вариант на разглеждане - Диаметър на астероида. В Таблица 1. са представени броя на астероидите по техния диаметър.

Таблица 1. Приблизително разпределение на астероидите по техния диаметър


Маса на астероида – тя се пресмята като се имат пред вид размера и плътността на астероида.

Плътност на астероида – средната плътност на много от астероидите е ρ ~ 2g/cm3. Плътността зависи от типа на астероида.

Геометрично албедо на астероид се нарича още и физично албедо. То е отношението между яркостта на обекта от посока на слънчевото греене към яркостта на хипотетична бяла дифузно-отразяваща сфера с размерите на астероида. Нормалното албедо на астероид може да бъде изчислено ако са известни видимата яркост, размера и разстоянието до него. Това е важна характеристика за състава на повърхността на астероида.

Температура на повърхността – определя се от албедото и слънчевата радиация.

Ротационен период – период на въртене около остта на астероида. Определя се от кривата на яркостта на астероида, която се получава като се направят фотометрични наблюдения на астероида. Има астероиди, които се въртят с няколко денонощия около остта си, а други за минути. Повечето астероиди се въртят със скорост от няколко часа около остта си.

    1. Класификация на астероидите

Астероидите се класифицират в различни типове в зависимост от техния състав. Има два вида класификации: на астронома Толен(на базата на фотометрични наблюдения) и спектралната таксономична класификация SMASSII [5, 6] - Фиг.3. През 1975 г. е създадена астероидната таксономична система, която се основава на цвят, албедо, и спектрални линии. Тази система отразява повърхностния състав на астероидите и първоначално те са били класифицирани в три типа:



  1. К-клас астероиди — предимно въглеродни, 75% от всички известни.

  2. С-клас астероиди — предимно силикатни, 17% от всички известни.

  3. М-клас астероиди — метални, по-голямата част от останалите.

С натрупване на наблюденията тази класификация е разширена и сега обхваща голям брой подтипове Фиг. 3. Броят на тези подтипове нараства защото са биват изследвани много нови астероиди. Разпределението на астероидите в отделните категории не съответства на действителното им разпределение, защото за някои видове е по-лесно да се наблюдават и открият, отколкото за други.

Фиг. 3. Класификация на астероидите



    1. Космически мисии до астероиди

Космическите мисии до астероиди са такива, които са осъществявали проучване от близко приближаване и/или при кацане на самия астероид [10]. Космически мисии с проучване от близко разстояние и с кацане на обекта са:

  • Galileo: По пътя му до планетата Юпитер, Галилео е преминал близо до астероида 951 Гаспра на 29.10.1991 и е получил изображения с висока резолюция на астероида. На 28.08. 1993 година космическият апарат е преминал близо и е изследвал астероида 243 Ида.Тази космическа мисия е реализирана от НАСА.

  • NEAR Shoemaker(Near Earth Asteroid Rendezvous): Космическият апарат е преминал близо до астероиза 253 Матилда на 27.06.1997 година. След това апатаратът каца върху астероида 433 Ерос на 23.12.1998 година и го изследва детайлно. Тази космическа мисия също е реализирана от НАСА.

  • Deep Space1: Космическата мисия е до астероида 9969 Браиле и сближаването е осъществено на 28.07.1999 година. Тази космическа мисия е реализирана от НАСА.

  • Cassini: По пътя на космическата мисия Касини до Сатурн, апаратът минава близо и изследва астероида 2685 Мазурски на 23.01. 2000 година. Тази космическа мисия е реализирана от НАСА и ЕКА.

  • Muses-C:Японска мисия, стартирала през 2002 година. Това е първата мисия до астероид със вземане на проба и връщането и на Земята. Цел на мисията е астероида 1998 SF36. През 2005 година апаратът достига до астероида и се връща до Земята с проба от астероида през юни 2007 година. Космическата мисия е на Японската космическа агенция ISAS и НАСА.

  • Rozetta: Стартира през 2003 годита до двата астероида 140 Siva и 4979 Otawara и две години след това достига кометата Виртанен. Космическата мисия е на НАСА.

  1. Избор на астероид

За да изберем астероид, който да е обект на нашия проект се наложи да направим доста проучвания за астероидите. В литературата [1, 4, 5, 6] намерихме информация за движението, орбитните елементи, астероидните семейства, формата, размерите, химическия състав и класификацията на астероидите.

За избора на подходящ астероид поставихме следните критерии:

а) Химичен състав: Ние избрахме да изследваме представител на въглеродната група. Техният химически състав е предимно анихидратни силикати, хидратирани глинести минерали, органични полимери, магнетит и сулфиди.[5, 6] .

б) Орбиталното движение на астероида: Ние избрахме представител на вътрешната част от основния астероиден пояс (по-близката до Марс).

в) Космически мисии до астероиди. [10]: Въглеродните астероиди са чест обект на космически изследване поради това, че те са богати на полезни за промишленността елементи и съединения. Ние също избрахме въглероден астероид.

г) Видимост на астероида: важно беше освен това да изберем астероид, който да се вижда в периода на провеждане на лятната астрономическа наблюдателна школа. В наблюдателната програма на школата беше предвидено да се обучаваме да провеждаме наблюдения с големия Шмит телескоп на Националната астрономическа обсерватория-Рожен. Ние си поставихме за цел да изберем астероид, който отговаря на горните критерии, и който да може да се наблюдава в продължение на цялата нощ. Важно изискване, което трябваше да спазим беше астероидът да е над 30o над хоризонта по време на цялата нощ. Така елиминираме ефекта на намаляването на звездната величина на астероида от пъглъщането на светлината в атмосферата близко до хоризонта.

И така, съобръзявайки се с тези критерии ние избрахме за обект на изследване за нашия проект астероида 4844 Matsuyama (1991 BA2).


Ние намерихме най-пълната информация за астероида 4844 Matsuyama (1991 BA2) в базата от данни за астероиди на Лабораторията за реактивно движение на НАСА [ 4 ].

  1. Откриване: Астероидът е открит на 23.01.1991 година от астрономите Сейжи Уеда и Хироши Канеда в Куширо (с номер 399 на обсерваторията Кушидо в списъка на Центъра за малки планети);

  2. Орбитните елементи са представени в Таблица 2.

Таблица 2. Орбитни елементи на астероида 4844 Matsuyama са определени на базата на 1161 наблюдения на обекта от датата на откриването до 11.10.2011 година.
Таблица 2 . Орбитни елементи на астероида 4844 Matsuyama




  1. Орбитна диаграма за датата на наблюдението на астероида е представена на Фигура 4 .

Фигура 4. Орбитна диаграма на астероида 4844 Matsuyama


  1. Физическите параметри на астероида 4844 Matsuyama са представени в Таблица 3.

Таблица 3. Физически параметри на астероида 4844 Matsuyama

Това беше информацията, известна досега за астероида 4844 Matsuyama на астрономите, които изследват малките тела в Слънчевата система.




  1. Наблюдения на астероида 4844 Matsuyama

През юли 2012 година в Националната астрономическа обсерватория „Рожен” се проведе лятна астрономическа наблюдателна школа.Тази школа е част от учебната програма на курсовете по астрономия в Народната астрономическа обсерватория и планетариум – Варна, която се ръководи от нашия ръководител госпожа Веселка Радева [11]. Ние вече трета година посещаваме курсовете по астрономия в НАОП-Варна и участвахме с голям интерес в тази наблюдателна школа Фиг. 5.



Фигура 5 . Членовете на екипа на проекта –участници в Лятната астрономическа наблюдателна школа от 1 до 10 юли 2012 година в НАО-Рожен (личен фото-архив на В.Радева)


Тъй като вече бяхме решили да участваме в европейския конкурс за космически изследвания „Одисей”, ние предложихме в наблюдателната програма да се включат наблюдения на астероида 4844 Матсуяма. Нашето предложение беше одобрено и прието от нашия ръководител и ние подготвихме ефемерида за наблюдението на обекта ни [13]. В Таблица 4. представяме ефемеридата за наблюдение на астероида за 5.07.2012 – това е таблица с екваториалните координати на астероида за всеки час от нощта на 5 срещи 6 юли 2012 година, с данни за разстоянието на астероида до Земята и до Слънцето, за скоростта му на движение около Слънцето, за видимото му разстояние до Луната на небето, която беше много ярка – малко след пълнолуние.

Таблица 4. Ефемерида на астероида 4844 за наблюдателната нощ на 5/6 юли 2012 година




Наблюденията на астероида 4844 Матсуяма проведохме с 50/70 см Шмит телескоп на Националната астрономическа обсерватория „Рожен” Фиг.6.

Фигура 6. Наблюдения с Шмит телескопа на НАО-Рожен

(личен фото-архив на В.Радева)
Оптичните параметри на телескопа са: диаметър на Шмит-пластината -50 см; диаметър на сферичното огледало – 70 см; фокусно разстояние –172 см, ССД-апаратурата е тип FLI PL 16803, [12], Фигура 7.

Фигура 7. Оптична схема на Шмит-телескопа.


(http://nao-rozhen.org/telescopes/fr17.htm)

Подготовката на наблюдението включва запускане на системата за следене на движението на звездите на телескопа, охлаждане на ССД камерата, подготовка на звездните каталози за отъждествяване на звездните изображения, получаване на специални изображения (на „ток на тъмно” и на „плоско поле”) за изчистване на дефектите.

Управлението на телескопа и камерата за получаването на астрономическите изображения извършвахме с програмата MaxIMDL Фиг. 8. Ние използвахме само червен филтър (ССД камерата е чувствителна най-много в червената част на спектъра), като всяко изображение беше получавано за 180секунди.

Фигура 8 . Управляване на телескопа и ССД-апаратурата за получаване на астрономическите изображения със софтуера MaxIMDL.

Ние проведохме наблюдението в продължение на пет часа, като спазвахме изискването обектът по време на наблюдението да е 30о над хоризонта. Така получихме 96 изображения на област от небето, в която се намира астероида 4844Матсуяма - Фиг.9.

Фигура 9. Част от пакета от 96 ССД изображения на областта от небето, в която е астероидът




  1. Определяне на екваториалните координати

В резултат на телескопичните наблюдения на астероида ние получихме 96 дигитални изображения. За определянето на екваториалните координати на астероида и неговия ротационен период извършихме следните дейности:

1. Намиране на астероида в звездното поле.

Използвахме астрономическия софтуер Астрометрика за да отъждествим астероида сред звездите във всяко изображение [8] - Фиг.10.


Фигура 10. Отъждественият астероид в звездното поле


2.С програмата Астрометрика определихме избрахме от всичките 42 574 звезди в полето с астероида 24 590 опорни референтни звезди, които имат много точно определени екваториални координати ректасцензия и деклинация. С тяхна помощ ние определихме екваториалните координати ректасцензия и деклинация на астероида във всяко изображение Фиг.11. Точността на нашите измервания и изчисления е по ректасцензия 0.41” и по деклинация 0.43”, която е много добра. При астрометричните наблюдения за прецизно измерени и определени екваториални координати се смятат такива, които имат точност под 0.5” по ректасцензия и деклинация.

Фигура 11. Процедурата за определяне на екваториалните координати на астероида за всяко от 96-те изображения

Резултатите от нашите измервания са подготвени в отчет и изпратени в Центъра за малки планети в Харвард. Таблицата с отчета с измерените и изчислени екваториални координати на астероида е в Приложение 1.
Нашият отчет с резултатите от измерванията на положенията на астероида 4844 беше изпратен в базата данни на Центъра за малки планети в Харвард. Нашите измервания станаха част от базата данни за астероида 4844, с помощта на която ще се определят още по-точно орбитните елементи и евентуални промени в движението на астероида под въздействие на другите астероида в Главния астероиден пояс.


  1. Определяне на ротационния период на астероида

За определянето на ротационния период на астероид е необходимо на измерим яркостта на астероида във всяко астрономическо изображение и да сравним промените в измерената яркост с яркостта на поне пет стандартни звезди, които не променят яркостта си. Необходимо е да се построи крива на блясъка и да се изчисли периодичността на промяната на блясъка на астероида. Така можем да определим периода на въртене на астероида около неговата ос.

Подготовката за фотометрирането на астероида включва намирането в звездни каталози на пет звезди за сравнение, които трябва да имат звездна величина, близка до тази на астероида. Тези звезди не трябва да са променливи. Ние използвахме базата от астрономически данни, представени в звездни каталози ALADIN и Vizier и намерихме пет подходящи звезди за сравнение.

Подготвихме площадка със стандартни звезди за сравнение:


Фигура 12. Площадката с астероида и звездите за сравнение


С помощта на компютърната програма MaxIMDL направихме прецизна фотометрия на астероида [9] - Фиг.13.

Фигура 13. Фотометрия на астероида


В резултат на фотометрията ние получихме фотометричния файл, който съдържа данните за яркостта на астероида и на петте звезди за сравнение. Фотометричният файл е представен в таблично в Приложение 2 и графично на Фигура 14.

Фигура 14. Графично представяне на фотометричния файл на астероида 4844Матсуяма

С компютърната програма PERSEA обработихме фотометричния файл и получихме кривата на блясъка и фазираната крива. Ние получихме, че периода на въртене на астероида около остта му е 0.112801 от денонощието, което е 2.7072 часа Фиг.15.

Фигура 15. Наблюдателната крива на блясъка на астероида, фазираната крива на блясъка и изчисленият период на върнене на астероида



На базата на фотометричния файл ние изчислихме, че периодът на въртене на астероида е P=0.112801 дена, което е равно на 2.7072 часа.
Амплитудата на блясъка е 0.449m (m е звездната величина на астероида в червения филтър).
Така ние успяхме да направим наблюдения на астероида 4844 Матсуяма и да определим една от най-важните физически характеристики за всеки астероид-периода му на въртене.


  1. Анализ на резултатите

Най-важната част в нашия проект са наблюденията на астероида 4844Матсуяма и обработката на изображенията.

Нашият ръководител госпожа Радева ни научи да работим с голям професионален телескоп и ССД апаратура за получаване на дигитални астрономически изображения. Ние разучихме астрономически компютърни програми и с тях обработвахме изображенията на астероида. От една година работим в Международен ученически проект на НАСА за търсене и проследяване на астероиди. Използвахме нашите знания и опит от работа по този проект за да направим измерване на положенията на астероида сред звездите - измерихме екваториалните му координати на всяко изображение. Ние избрахме да направим проект за астероид в Конкурса Одисей, защото знаем колко опасни за Земята и колко важни за бъдещето на Земята са тези обекти. И защото имахме опит в измерването на координатите на астероиди от участието ни в Международния ученически проект. Използвайки астрономическия софтуер Астрометрика, ние намерихме астероида 4844 сред звездите в изображенията, получени с телескопа. След това измерихме неговото положение на всяка снимка, като получихме неговите екваториални координати – ректасцензия и деклинация. След това подготвихме отчет до Центъра за малки планети. Изпратихме го в Центъра в Харвард, където се събират всички астрометрични наблюдения от професионалните астрономи и от астрономите-любители. Нашите измервания бяха приети и сега са част от базата с данни за астероида 4844 Матсуяма в Центъра за малки планети в Харвард.

Това беше много важно за нас – да знаем, че нашата работа, нашите измервания са полезни и че ще бъдат използвани от астрономите за да изследват движението на астероида 4844 Матсуяма .

Втората важна част от работата беше да направим фотометрия на 96-те изображения на астероида. Разучихме компютърната прогама MaxIMDL и направихме фотометрия на астероида, като сравнявахме неговата яркост с яркостта на пет звезди – стандарти. Полученият фотометричен файл обработихме с астрономическата програма PERSEA и получихме периода на въртене на астероида. Нашият резултат е 2.7072 часа.

Преди осем години астрономът Беренд е измерил период на въртене на астероида равен на 2.7232 часа [14]. Разликата в резултата, който получихме ние, от периода, изчислен от швейцарския астроном Беренд е 5.76 секунди. Тази разлика е много малка за интервала от време 8 години между изчисления през 2004 година от астронома Беренд период на въртене и през 2012 година, когато ние измерваме периода. Тази малка разлика би могла да бъде обяснена с много леко забавяне на въртенето на астероида поради възможни гравитационни смущения поради преминаване до по-големи астероиди или поради ефекта на Ярковски [15] – Фиг.16.



Фигура 16. Eфектът на Ярковски би могъл да обясни забавянето на въртенето на астероида около остта му (http://osiris-rex.lpl.arizona.edu/?q=faq#t2n68)


Ние смятаме, че нашите фотометрични измервания дадоха много добър резултат и можем да кажем, че сме определили сами една от най-важните физически характерисктики на астероидите – ротационния му период.

Така заедно с астрометричните ни наблюдения, определения от нас ротационен период и известните орбитни елементи, ние имаме един пълен портрет на астероида 4844 Матсуяма.


Това би ни позволило да подготвим една космическа мисия до него, за да го изследваме отблизо.



Фигура 17. Екипът в процес на работа по проекта


  1. Космическа мисия да астероида

След като познаваме добре движението и физическите характеристики на астероида 4844 Матсояма можем да подготвим космическа мисия до него, за да го изследваме отблизо. Тази космическа мисия би могла да бъде много полезна като база за едни бъдещи космически мисии за използване на ресурсите на този астероид за земната и космическата промишленост.




    1. Научни цели на мисията

Космическата мисия до астероида има основна цел да направи детайлно проучване на движението, повърхността и състава на астероида 4844 Матсуяма.

Важна цел на космическата мисия до астероида е изследване на химичния състав на астероида 4844 Матсуяма: съдържание на минерали, органични съединения, вода и други.

Друга цел на мисията е подробното картографиране на астероида: да се получи информация за тесктурата, химията и спектралните характеристики на реголита на всички малки и големи образувания на астероида.

Ще се изследва движението на астероида за да се уточни влиянието на ефекта на Ярковски за промяната на орбитата на астероидите.

Това ще допринесе за планирането и реализирането на нова космическа мисия с цел разработване на ресурсите на астероида за използването им за земната и космическата промишленост в бъдеще.

Бъдещото развитие на земната промишленост ще бъде концентрирано основно в астероидния пояс. Поради това е изключително важно да се провеждат космически мисии до много астероиди за да имаме точна и правилна представа за движението, състава и повърхността на тези обекти.





    1. Планиране на мисията

Много внимателно разгледахме движението на астероида през бъдещите 30 години. Предлагаме космическа сонда до него да бъде изстреляна на 16 май 2018 година Фиг.18.



Фигура 18. Орбитна диаграма на астероида за времето на изстрелването на космическата сонда към астероида



Фигура 19. Орбитна диаграма на астероида две години след отпътуването на космическата сонда към астероида

Тя ще ускорява около 600 денонощия, докато достигне 15 480 км/ч. Сондата е добре да има йонни двигатели. За времето, когато ще ускорява ще е израсходвала 165 кг от използвания за гориво газообразен химичен елемент ксенон. След всеки четири денонощия скоростта ще се увеличава с по 100 км/ч. Тя ще достигне фантастичната скорост 36 620 км/ч. Тази процедура вече е изпитана при космическата мисия DAWN до астероида Веста през 2007 година. Планираме сондата да пътува до астероида 3 години. Щом достигне до нашия астероид, нашата сонда ще остане на орбита около него около една година. Ще отпътува до Земята около 1 януари 2022 година Фиг.20.

Фигура 20. Орбитна диаграма на астероида в активната фаза на работата на космическата сонда



Фигура 21. Орбитна диаграма на астероида при насочването на сондата към Земята

След това ще поеме към Земята, до която ще стигне за около три години Фиг.21. Планираме изследването на върнатите проби и обработка на резултатите да продължи около две годинии.

Заключение

В продължение на няколко месеца ние работихме като астрономи, като екип от учени в космическа агенция. Нашата цел беше да намерим всичко известно за един астероид, да го наблюдаваме и сами да определим важни за движението му и за природата му параметри. Ние избрахме въглерородния астероид 4844 Матсуяма и го наблюдавахме с един от телескопите в Националната обсерватория „Рожен”. Измерихме неговите координати в 96 астрономически изображения. Направихме фотометрия на астероида и определихме една от най-важните физически характеристики – периода на въртене около остта му. Знаейки орбитните елементи, допринасяйки с нашите астрометрични наблюдения за уточняване на орбитата му, знаейки неговия състав, намирайки неговия ротационен период, ние предлагаме да се направи космическа мисия до него. Нашето предложение се основава на един пълен портрет за астероида Матсуяма, на една важна база с научна информация за астероида, в чието съставяне и ние имаме принос.



Нашият проект нарекохме „Хвани астероид”. Ние смятаме, че успяхме да го хванем - първо в големия Шмит телескоп и след това чрез една бъдеща космическа мисия до него. На базата на знанията ни за този астероид ние симулирахме неговото движение във времето за да изберем най-подходящото време за изстрелването на космическа сонда до него. Ние планирахме тази космическа мисия така, че да можем възможно най-скоро да сме изследвали детайлно неговата повърхност, размери, състав. С тази космическа мисия ще се подготвим за едно бъдещо използване на ресурсите от нашия обект.
Фиг.22. Нашият екип с участниците в Лятната астрошкола през юли 2012 г.

Благодарност:

Изказваме нашата благодарност към доц. д-р Таню Бонев, Директор на ИА с НАО, на астрономите от Националната астрономическа обсерватория „Рожен” Динко Димитров, Пенчо Маркишки, д-р Галин Борисов, Андон Костов, на студентите по астрофизика от Университета в Единбург Вергил Йотов и Деница Съйнова, за предоставената възможност да работим с наблюдателната апаратура на Обсерваторията, за съветите, дискусиите, разговорите – за това, че ни показаха колко интересна и вълнуваща е работата на астрономите!

Благодарим на проф. Диана Кюркчиева от Астрономическия център на Шуменския университет, за предоставените лицензирани професионални компютърни програми ASTROMETRIKA и MaXImDL и за подкрепата при подготовката на проекта ни.

Литература

  1. Asteroids: Formation, Discovery and Exploration,

http://www.space.com/51-asteroids-formation-discovery-and exploration.html

  1. Minor Planet Names, http://www.ipa.nw.ru/PAGE/DEPFUND/LSBSS/englenam.htm

  2. Minor Planet Names: Alphabetical List

http://www.minorplanetcenter.org/iau/lists/MPNames.html

  1. JPL Small-Body Database Browser - 4844 Matsuyama (1991 BA2),

http://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb.cgi?sstr=4844+Matsuyama

  1. Tholen, D. J. , Asteroid taxonomic classifications. In Asteroids II (R. P. Binzel, T. Gehrels, and M. S. Matthews, Eds), pp. 1139-1150. Univ. of Arizona Press, Tucson, 1989.

  2. Bus, S. J., Vilas, F. and Barucc, M. A., Visible-wavelength spectroscopy of asteroids in Asteroids III, pp.169, University of Arizona Press, 2002.

  3. Национална олимпиада по астрономия, Екваториални координати,

http://astro-olymp.org/9.html

  1. Raab, H., Astrometrica – Shareware for research grade CCd Astrometry

http://www.astrometrica.at/

  1. MaxIm DL : The Gold Standard, www.cyanogen.com

  2. ESA, Past missions to the asteroids,

http://www.esa.int/Our_Activities/Technology/NEO/Past_missions

  1. National astronomical observatory, Rozhen, Bulgaria,

http://nao-rozhen.org/index_bg.htm

  1. 50/70 Schmidt telescope,

http://nao-rozhen.org/telescopes/fr17.htm

  1. Minor Planet & Comet Ephemeris Service

http://www.minorplanetcenter.net/iau/MPEph/MPEph.html

  1. Behrend, R., Asteroids and comets rotation curves, ChR,

http://obswww.unige.ch/~behrend/page5cou.html#004844

  1. What is the Yarkovski effect?

http://osiris-rex.lpl.arizona.edu/?q=faq#t2n68

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Отчет с екваториалните координати на астероида.



COD 071
OBS V.Radeva
MEA V.Radeva, I. Popov, P. Daskalov
TEL 0.70-m f/3.44 Schmidt + CCD
ACK MPCReport file updated 2012.08.15 00:24:20
AC2 veselka.radeva@gmail.com
NET USNO-B1.0
04844 C2012 07 05.82545 18 29 10.95 -17 02 08.1 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.83009 18 29 10.70 -17 02 07.7 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.83472 18 29 10.44 -17 02 06.9 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.83704 18 29 10.31 -17 02 06.5 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.84167 18 29 10.06 -17 02 05.9 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.84398 18 29 09.93 -17 02 05.6 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.84630 18 29 09.81 -17 02 05.3 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.84861 18 29 09.68 -17 02 04.9 14.6 R 071
04844 C2012 07 05.85093 18 29 09.55 -17 02 04.6 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.85324 18 29 09.43 -17 02 04.4 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.85556 18 29 09.30 -17 02 04.1 14.7 R 071
04844 C2012 07 05.85787 18 29 09.18 -17 02 03.7 14.7 R 071
04844 C2012 07 05.86019 18 29 09.05 -17 02 03.4 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.86250 18 29 08.92 -17 02 03.0 14.6 R 071
04844 C2012 07 05.86481 18 29 08.79 -17 02 02.6 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.86713 18 29 08.70 -17 02 02.4 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.86944 18 29 08.55 -17 02 02.0 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.87176 18 29 08.41 -17 02 01.7 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.87409 18 29 08.29 -17 02 01.4 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.87409 18 29 08.29 -17 02 01.5 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.87640 18 29 08.15 -17 02 01.0 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.87872 18 29 08.02 -17 02 00.7 14.2 R 071
04844 C2012 07 05.88103 18 29 07.90 -17 02 00.5 14.2 R 071
04844 C2012 07 05.88334 18 29 07.77 -17 02 00.1 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.88566 18 29 07.52 -17 02 01.7 14.2 R 071
04844 C2012 07 05.89029 18 29 07.40 -17 01 59.2 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.89260 18 29 07.26 -17 01 58.8 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.89492 18 29 07.15 -17 01 58.8 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.89723 18 29 07.00 -17 01 58.2 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.89955 18 29 06.88 -17 01 57.8 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.90186 18 29 06.75 -17 01 57.5 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.90649 18 29 06.52 -17 01 57.0 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.90881 18 29 06.36 -17 01 56.5 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.91112 18 29 06.23 -17 01 56.2 14.6 R 071
04844 C2012 07 05.91344 18 29 06.12 -17 01 55.9 14.6 R 071
04844 C2012 07 05.91575 18 29 05.97 -17 01 55.6 14.6 R 071
04844 C2012 07 05.92733 18 29 05.36 -17 01 54.0 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.92964 18 29 05.25 -17 01 53.3 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.93196 18 29 05.11 -17 01 53.2 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.93659 18 29 04.88 -17 01 52.6 14.2 R 071
04844 C2012 07 05.93890 18 29 04.74 -17 01 52.2 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.94122 18 29 04.61 -17 01 51.9 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.94353 18 29 04.47 -17 01 51.6 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.94584 18 29 04.35 -17 01 51.2 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.94816 18 29 04.23 -17 01 50.9 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.95047 18 29 04.15 -17 01 50.4 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.95510 18 29 03.84 -17 01 49.9 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.95742 18 29 03.77 -17 01 47.8 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.95973 18 29 03.57 -17 01 49.2 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.96205 18 29 03.46 -17 01 49.0 14.8 R 071
04844 C2012 07 05.96436 18 29 03.31 -17 01 48.6 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.96668 18 29 03.19 -17 01 48.2 14.6 R 071
04844 C2012 07 05.97131 18 29 02.94 -17 01 47.6 14.7 R 071
04844 C2012 07 05.97362 18 29 02.80 -17 01 47.2 14.7 R 071
04844 C2012 07 05.97594 18 29 02.70 -17 01 46.8 14.7 R 071
04844 C2012 07 05.97825 18 29 02.57 -17 01 46.7 14.8 R 071
04844 C2012 07 05.98057 18 29 02.43 -17 01 46.2 14.5 R 071
04844 C2012 07 05.98288 18 29 02.32 -17 01 45.8 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.98520 18 29 02.18 -17 01 45.5 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.98751 18 29 02.05 -17 01 45.2 14.1 R 071
04844 C2012 07 05.98983 18 29 01.96 -17 01 45.1 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.99214 18 29 01.71 -17 01 46.0 14.3 R 071
04844 C2012 07 05.94584 18 29 04.35 -17 01 51.2 14.4 R 071
04844 C2012 07 05.99909 18 29 01.44 -17 01 43.5 14.3 R 071
04844 C2012 07 06.00372 18 29 01.18 -17 01 42.9 14.6 R 071
04844 C2012 07 06.00603 18 29 01.05 -17 01 42.5 14.4 R 071
04844 C2012 07 06.01067 18 29 00.81 -17 01 41.9 14.3 R 071
04844 C2012 07 06.01299 18 29 00.68 -17 01 41.4 14.4 R 071
04844 C2012 07 06.01530 18 29 00.55 -17 01 41.0 14.4 R 071
04844 C2012 07 06.01762 18 29 00.44 -17 01 40.8 14.5 R 071
04844 C2012 07 06.01993 18 29 00.30 -17 01 40.4 14.6 R 071
04844 C2012 07 06.02225 18 29 00.16 -17 01 40.1 14.6 R 071
04844 C2012 07 06.02687 18 28 59.92 -17 01 39.5 14.8 R 071
04844 C2012 07 06.02919 18 28 59.70 -17 01 32.1 12.0 R 071
04844 C2012 07 06.03150 18 28 59.57 -17 01 44.9 14.4 R 071
04844 C2012 07 06.03846 18 28 59.57 -17 01 32.5 12.8 R 071
04844 C2012 07 06.04078 18 28 58.89 -17 01 38.0 14.9 R 071
----- end -----


ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Фотометричният файл, получен от обработката с програмата MaxIMDL

T (JD) Mov1 Ref1 Ref2 Ref3 Ref4 Ref5

2456114.337 14.431 12.593 13.302 14.619 12.857 14.183

2456114.339 14.443 12.606 13.305 14.613 12.836 14.193

2456114.342 14.452 12.593 13.303 14.646 12.842 14.212

2456114.344 14.448 12.597 13.313 14.613 12.841 14.197

2456114.346 14.491 12.597 13.301 14.627 12.851 14.182

2456114.349 14.566 12.599 13.296 14.622 12.856 14.172

2456114.351 14.606 12.6 13.295 14.596 12.857 14.181

2456114.353 14.679 12.6 13.3 14.639 12.843 14.191

2456114.356 14.75 12.602 13.306 14.612 12.843 14.187

2456114.358 14.747 12.597 13.32 14.637 12.837 14.179

2456114.36 14.754 12.615 13.31 14.593 12.835 14.163

2456114.362 14.74 12.614 13.308 14.573 12.842 14.163

2456114.365 14.645 12.606 13.308 14.597 12.849 14.157

2456114.367 14.574 12.615 13.274 14.6 12.841 14.221

2456114.369 14.579 12.611 13.301 14.582 12.844 14.175

2456114.372 14.488 12.602 13.323 14.621 12.84 14.153

2456114.374 14.438 12.599 13.305 14.597 12.842 14.216

2456114.376 14.501 12.619 13.303 14.558 12.837 14.177

2456114.379 14.425 12.611 13.302 14.587 12.84 14.184

2456114.381 14.445 12.618 13.302 14.6 12.837 14.159

2456114.383 14.449 12.622 13.298 14.578 12.833 14.177

2456114.386 14.376 12.611 13.301 14.632 12.828 14.195

2456114.388 14.356 12.606 13.32 14.598 12.834 14.18

2456114.39 14.477 12.611 13.295 14.585 12.851 14.164

2456114.393 14.448 12.618 13.305 14.555 12.843 14.157

2456114.395 14.425 12.609 13.305 14.578 12.849 14.161

2456114.397 14.504 12.619 13.293 14.581 12.849 14.145

2456114.4 14.444 12.611 13.306 14.567 12.848 14.161

2456114.402 14.659 12.613 13.312 14.576 12.836 14.176

2456114.404 14.584 12.615 13.301 14.597 12.841 14.159

2456114.406 14.561 12.613 13.312 14.576 12.847 14.138

2456114.409 14.64 12.6 13.31 14.623 12.856 14.134

2456114.411 14.755 12.611 13.302 14.587 12.845 14.166

2456114.413 14.799 12.602 13.295 14.598 12.856 14.174

2456114.416 14.782 12.595 13.295 14.616 12.863 14.17

2456114.418 14.826 12.608 13.308 14.568 12.857 14.139

2456114.42 14.682 12.606 13.303 14.571 12.857 14.157

2456114.423 14.576 12.605 13.303 14.589 12.855 14.153

2456114.425 14.609 12.605 13.3 14.587 12.853 14.172

2456114.427 14.531 12.605 13.289 14.584 12.86 14.173

2456114.43 14.517 12.598 13.304 14.619 12.855 14.162

2456114.432 14.556 12.602 13.307 14.582 12.855 14.165

2456114.434 14.546 12.607 13.302 14.574 12.855 14.16

2456114.437 14.45 12.609 13.296 14.595 12.849 14.167

2456114.439 14.527 12.604 13.303 14.578 12.858 14.155

2456114.441 14.422 12.606 13.299 14.589 12.854 14.163

2456114.444 14.369 12.609 13.305 14.588 12.851 14.149

2456114.446 14.384 12.607 13.303 14.576 12.855 14.152

2456114.448 14.408 12.612 13.295 14.577 12.854 14.156

2456114.45 14.461 12.605 13.307 14.603 12.856 14.134

2456114.453 14.555 12.611 13.297 14.537 12.863 14.154

2456114.455 14.572 12.609 13.296 14.558 12.862 14.152

2456114.457 14.571 12.61 13.3 14.554 12.856 14.161

2456114.46 14.68 12.606 13.3 14.565 12.859 14.161

2456114.462 14.694 12.608 13.299 14.566 12.857 14.158

2456114.464 14.731 12.608 13.295 14.593 12.852 14.169

2456114.467 14.828 12.605 13.313 14.59 12.847 14.157

2456114.469 14.878 12.61 13.301 14.555 12.857 14.154

2456114.471 14.858 12.607 13.306 14.576 12.85 14.167

2456114.474 14.837 12.607 13.304 14.577 12.853 14.156

2456114.476 14.708 12.609 13.302 14.586 12.852 14.153

2456114.478 14.598 12.605 13.296 14.603 12.856 14.159

2456114.481 14.603 12.608 13.302 14.597 12.846 14.168

2456114.483 14.526 12.602 13.31 14.595 12.852 14.157

2456114.485 14.335 12.6 13.3 14.595 12.86 14.158

2456114.488 14.329 12.606 13.307 14.522 12.861 14.167

2456114.49 14.299 12.601 13.301 14.602 12.858 14.155

2456114.492 14.305 12.6 13.312 14.589 12.852 14.166

2456114.494 14.431 12.601 13.311 14.601 12.851 14.158

2456114.497 14.464 12.605 13.304 14.582 12.855 14.157

2456114.499 14.436 12.606 13.307 14.56 12.854 14.163

2456114.501 14.497 12.608 13.304 14.559 12.858 14.149

2456114.504 14.466 12.608 13.305 14.576 12.855 14.147

2456114.506 14.483 12.607 13.301 14.574 12.856 14.158

2456114.508 14.557 12.599 13.299 14.592 12.861 14.166

2456114.511 14.51 12.601 13.302 14.582 12.86 14.163

2456114.513 14.512 12.608 13.297 14.56 12.858 14.165

2456114.515 14.605 12.608 13.303 14.559 12.857 14.154

2456114.518 14.679 12.611 13.301 14.572 12.85 14.164

2456114.52 14.739 12.607 13.296 14.532 12.867 14.162

2456114.522 14.969 12.612 13.308 14.522 12.854 14.166

2456114.525 15.093 12.606 13.299 14.542 12.864 14.163

2456114.527 15 12.609 13.294 14.564 12.859 14.161

2456114.529 14.865 12.616 13.291 14.543 12.855 14.168

2456114.532 14.82 12.598 13.3 14.539 12.879 14.15

2456114.536 14.928 12.601 13.304 14.539 12.871 14.151

2456114.538 14.887 12.611 13.303 14.532 12.858 14.159



Хвани астероид



База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница