Рассеяние орбит

Ученые Санкт-Петербургского университета с помощью численного моделирования установили, когда мог образоваться метеорный поток Геминиды в результате распада некоего крупного тела. Исследование астрономов показало, что это произошло 1600 лет назад.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Результаты исследования опубликованы в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Метеорный поток — явление, при котором множество метеоров пересекают атмосферу Земли и сгорают в ней, оставляя в небе заметные светлые следы, которые часто называют вспышками. Метеорный поток состоит из множества частиц, обращающихся по близким между собой орбитам вокруг Солнца. При этом размеры большинства из этих частиц примерно соответствуют пылинке.

Из-за небольших отличий между орбитами эти «пылинки» движутся с немного разными скоростями и заполняют собой область вокруг Солнца. Если Земля на своем пути вокруг Солнца проходит сквозь такую область, то по ночам можно наблюдать метеорный дождь — много «падающих звезд», вылетающих, как может казаться, из одной точки на небе — радианта,— которая отмечает видимое человеческому глазу направление потока.

Множество метеорных потоков образовались благодаря активности той или иной кометы. Когда комета проходит близко к Солнцу, ее ядро, состоящее из замерзшего газа и пыли, нагревается, из-за чего газ испаряется, увлекая за собой твердые частицы. Так у кометы появляется хвост, который затем становится частью потока.

Геминиды (от латинского имени созвездия Близнецов — Gemini, в котором расположен радиант потока) — это метеорный поток, порождающий сильные метеорные дожди ежегодно в период с 4 по 17 декабря. Это один из самых мощных и заметных метеорных потоков в настоящее время, однако его происхождение и возраст до сих пор оставались неизвестными.

Наиболее подходящий кандидат в «родители» Геминид — астероид Фаэтон, открытый в 1983 году: его орбита близка к орбитам метеороидов потока. Но, кроме вытянутой орбиты, Фаэтон ничем не напоминает комету. Это шестикилометровое каменное тело приближается к Солнцу на рекордно близкое расстояние, вдвое меньшее, чем радиус орбиты Меркурия, нагреваясь при этом до температуры в 750о С. Ученые отмечают, что если когда-то оно и было покрыто льдом, то очень давно. Кроме того, моделирование показывает, что форма орбиты астероида мало менялась в последние 20 тыс. лет, а все известные оценки возраста потока в разы меньше.

Астрономы Санкт-Петербургского университета предложили новый метод для оценки возраста этого метеорного потока.

«Главная сложность в определении его возраста состоит в том, что мы наблюдаем лишь малую часть метеорного потока, причем неизвестно точно, насколько малую. Земля может проходить сквозь самую его «гущу», а может только цеплять по краю. Поэтому непонятно, насколько представительна выборка наблюдаемых нами метеоров. К счастью, выборка эта весьма велика и растет с каждым годом. В Японии, Европе, Америке работают наблюдательные станции, фиксирующие метеоры в автоматическом режиме»,— рассказал аспирант кафедры небесной механики СПбГУ Данила Миланов.

Ученые СПбГУ использовали совокупность известных орбит метеороидов и с помощью численного моделирования проследили, когда их орбиты были ближе всего друг к другу. Именно в момент наибольшего сближения орбит, по мнению астрономов университета, и появился метеорный поток Геминиды.

Сложность заключается в том, что погрешности определения элементов орбит метеороидов весьма значительны и моменты «близости» для разных наборов орбит представляются слишком продолжительными на оси времени. Кроме того, само определение этой «близости» неочевидно: орбита без учета положения тела на ней описывается пятью параметрами, из-за чего понятие расстояния между орбитами определить сложно.

Справиться с этой задачей помогли метрики на пространстве орбит, разработанные выдающимся российским астрономом, заведующим (до 2021 года) кафедры небесной механики СПбГУ Константином Холшевниковым. Эти метрики позволили определить величину «рассеяния» выборки орбит, близкую по смыслу к стандартному отклонению для одномерной величины.

«Эта агрегированная характеристика близости оказалось подходящим инструментом для описания характерного “размера” набора орбит и анализа его эволюции с течением времени. Минимальное значение рассеяния выборки из нескольких десятков тысяч орбит метеороидов указало значение возраста Геминид — около 1600 лет»,— рассказал доцент кафедры небесной механики СПбГУ Вахит Шайдулин.

По словам ученого, эти значения согласуются с промежутком времени, когда могли сближаться орбиты рассмотренных метеороидов и Фаэтона, что не исключает высказанную ранее гипотезу о появлении Геминид в результате частичного распада Фаэтона.

Андрей Березкин