Комети та астероїди як реліктові залишки космогонічного процесу. Дослідження орбітальної еволюції комети 95Р/Хірон та інших об’єктів групи Кентаврів методами чисельного інтегрування систем диференційних рівнянь руху. Побудова кривої кометної активності.
Аннотация к работе
Моделювання орбітальної еволюції Хірона та Кентаврів на великі проміжки часу може дати ключ до кращого розуміння фізичної еволюції цього найбільш цікавого представника групи Кентаврів і всієї популяції в цілому. Сублімацією водяної криги як провідного механізму кометної активності може бути пояснена активність на геліоцентричних відстанях до 5 а.о., в той час як деякі комети (включаючи і 95Р/Хірон) проявляють кометну активність на більших відстанях від Сонця. Результати роботи під час навчання в аспірантурі доповідалися на атестаційних семінарах в Астрономічній обсерваторії КНУ та включалися співавтором Чурюмовим К.І. у річні звіти за плановою тематикою науково-дослідних робіт за темами № 97002 "Астероїдно-кометна небезпека та взаємодія космічних тіл з атмосферами планет та сонячною радіацією" (січень 1997 - грудень 2000, номер держреєстрації 0197U003012) та № 01БФ023-03 "Астероїдно-кометна небезпека, фізика комет, взаємодія космічних тіл з атмосферами планет та доплив космічної речовини на Землю" (січень 2000 - грудень 2005, номер держреєстрації 0101U002167) в межах комплексної наукової програми Київського національного університету імені Тараса Шевченка "Астрономія та фізика космосу". Метою даного дослідження є вивчення фізичної та динамічної еволюції об?єкта 2060 (95Р/) Хірон як представника групи Кентаврів для з?ясування минулого і майбутньої долі цієї групи об?єктів, а також перевірка деяких космогонічних гіпотез та теорій щодо походження комет, які передбачають, що Кентаври є перехідною популяцією між обєктами поясу Койпера та кометами родини Юпітера. З цією метою методами чисельного інтегрування було проведено моделювання динамічної еволюції Хірона та інших 33-х об?єктів групи Кентаврів, а також 2-х віддалених комет родини Юпітера (29Р/Швассмана-Вахмана 1 та 39Р/Отерма).Ці три основних резервуари (хмара Оорта, Пояс Койпера, та головний пояс астероїдів) поставляють комети в три динамічних класи: довгоперіодичні комети (з хмари Оорта), короткоперіодичні (особливо комети родини Юпітера) комети (з Поясу Койпера), та комети головного поясу (із головного поясу астероїдів). Великі півосі більшості орбіт перебувають у межах 15-25 а.о., причому в області 20-25 а.о. знаходяться півосі 31% Кентаврів, і в області 15-20 а.о. Рівняння орбіт у небесній механіці мають вигляд де функція F (сила) залежить від часу t та положення x, y, z тіла, чий шлях треба проінтегрувати, а також від положень інших тіл, позначених індексами i,j,… Для кожного тіла буде 3 таких рівняння. Було показано, що в теперішній час Хірон знаходиться під впливом гравітації Сатурна, і обертається по орбіті з хаотичними змінами [19]. Значна кількість тісних зближень Кентаврів з планетами призводить до хаотичності змін їхніх орбіт, і навіть незначна зміна елементів їхніх орбіт (варіаційні орбіти) суттєво впливає на ці зміни.З моделювання орбітальної еволюції 34-х Кентаврів та 2-х комет родини Юпітера маємо такі результати: - Орбітальна еволюція Кентаврів дуже хаотична і характеризується відносно частими тісними зближеннями з планетами-гігантами. Деякі Кентаври перебувають у чисельних різних резонансах, в той час як інші зовсім уникають резонансів. У теперішній час 85% Кентаврів мають півосі розміщенні у межах значень 10-25 а.о.. В той самий час доля об?єктів з великою піввіссю меньше 10 а.о. у минулому та в майбутньому становить 3-4% (в теперішній час ця доля становить 6%). Еволюція гістограм розподілу орбітальних елементів Кентаврів і обраних комет родини Юпітера в минулому та майбутньому показує, що Кентаври можуть переходити на орбіти комет родини Юпітера, і навпаки.
План
2. Основний зміст роботи
Вывод
З моделювання орбітальної еволюції 34-х Кентаврів та 2-х комет родини Юпітера маємо такі результати: - Орбітальна еволюція Кентаврів дуже хаотична і характеризується відносно частими тісними зближеннями з планетами-гігантами. У деяких випадках серед Кентаврів трапляються процеси, у яких частинки передаються з-під гравітаційного впливу однієї планети до іншої. Деякі Кентаври перебувають у чисельних різних резонансах, в той час як інші зовсім уникають резонансів. Випадки викиду з Сонячної системи, так само як і перехід на орбіти з меньшими q, також не рідкісні.
- Більшість значень перигелійних відстаней Кентаврів протягом періоду інтегрування знаходяться у межах 5-30 а.о.. У теперішній час найбільш населеним є регіон 6-20 а.о. (91%), у майбутньому тільки 61% об?єктів мають перигелії в цій області, а у минулому - близько 79%.
- Більшість значень великих півосей Кентаврів містяться в інтервалі 5-40 а.о.. Загальна тенденція в еволюції великої півосі а на тривалі проміжки часу показує більш симетричну поведінку по відношенню до майбутнього та минулого. У теперішній час 85% Кентаврів мають півосі розміщенні у межах значень 10-25 а.о.. У минулому ця ділянка містить 49% півосей Кентаврів, а у майбутньому 46%.
- Доля об?єктів із перигелійними відстанями меньше 5 а.о. (можливі кандидати в активні комети) у минулому складає 9%, в той час як в майбутньому вона становить 15 %. В той самий час доля об?єктів з великою піввіссю меньше 10 а.о. у минулому та в майбутньому становить 3-4% (в теперішній час ця доля становить 6%).
- Чисельне інтегрування орбітальної еволюції 2060 Хірона показує, що цей об?єкт може розглядатися як типовий представник Кентаврів.
- Обєкт групи Кентаврів 10199 (Харікло) рухається у резонансі 17:8 з Сатурном. 8405 (Асбол) у майбутньому буде рухатись у резонансі 4:3 з Сатурном. Моделювання орбітальної еволюції 5145 Фола у минуле показало можливість його тимчасового захоплення Юпітером на орбіту супутника.
- Еволюція гістограм розподілу орбітальних елементів Кентаврів і обраних комет родини Юпітера в минулому та майбутньому показує, що Кентаври можуть переходити на орбіти комет родини Юпітера, і навпаки. Кентаври представляють одне з можливих джерел для поповнення популяції комет родини Юпітера; для поповнення цієї родини потрібні ще й інші джерела.
- За кривою блиску та за даними зоряних величин виведено абсолютну зоряну величину Хірона H0=6,5. Крива блиску Хірона вказує, що абсолютна зоряна величина Хірона повільно зменьшується, що свідчить про повільні зміни розміру ядра.
Основні результати дисертації опубліковані в роботах
2. Kovalenko N.S., Babenko Yu.G., Churyumov K.I., Modeling the orbital evolution of 2060 Chiron, Earth, Moon and Planets 90, 2002, рр. 489-494.
3. Kovalenko N.S., Babenko Yu.G., Churyumov K.I., Orbital evolution of some Centaurs, Asteroids, Comets, Meteors, ESA-SP-500, 2002, pp.351-354.
4. Н.С. Коваленко, К.И. Чурюмов, Ю.Г. Бабенко. О динамической эволюции шести кентавров 95Р/Хирона (2060), Фола (5145), Несса (7066), Асбола (8405), Харикло (10199) и Хилонома (10370), “SOLAR SYSTEM RESEARCHES: Perspectives of collaboration with SHAO”, Shamakhy Astrophysical Observatory, Azerbaijan, 2004. pp. 44-49.
5. Kovalenko N.S., Churyumov K.I., Babenko Yu.G. The orbital evolution modeling of 2060 Chiron// IAU Colloquium №186 “Cometary Science After Hale-Bopp”, Puerto de la Cruz, Tenerife, Spain, 21-25 January 2002.- Abstract Book.- P.27.
6. Kovalenko N.S., Churyumov K.I., Babenko Yu.G. Dynamical evolution of 8 Centaurs. in Asteroids, Comets, Meteors.- Berlin, 29 July-2 August, 2002.- Abstract Book.- P. 54
7. Kovalenko N.S., Churyumov K.I., Babenko Yu.G. Dynamical evolution of 2060 (95P/) Chiron as Centaurs representative. JENAM 2003. New deal in European Astronomy: trends and perspectives. Book of abstracts. Budapest. 2003. 05T01. P.92.
8. Kovalenko, N. ; Churyumov, K. Modeling of comet 95P/Chiron brightness. 35th COSPAR Scientific Assembly. Book of abstracts. Paris, 18 - 25 July 2004, p.4077.
9. N. S. Kovalenko , K. I. Churyumov, I. Lukyanyk. Physical and dynamical peculiarities of Centaurs. Modeling the lightcurve of active Centaurs object 95P/Chiron (2060). Intern. Conf. “Astronomy and space physics at Kyiv University”, Kyiv, May 22-26, 2005. Abstr., P. 40.
10. Kovalenko N.S., Churyumov K.I., Babenko Yu.G. Centaur population as a source of NEOS and active comets - dynamical evolution modeling// Abstract book. IAU XXVI General Assembley. 2006. p.93.
11. Nataliya Kovalenko, Klim Churyumov. Modeling activity of Centaurs object
95P/Chiron// Abstract book. IAU XXVII General Assembley. 2009. p.61.
Список литературы
Bauer J.M. et al., Physical survey of 24 Centaurs with visible photometry, Icarus, Vol.166, 195-211, 2003.
Bowell E., Hapke B., Domingue D., Lumme K., Peltoniemi J., and Harris A.W. (1989) Application of photometric models to asteroids. In Asteroids II (R.P. Binzel et al., eds.), pp. 524-556. Univ. of Arizona, Tucson.
Bus, S.J., et al., Detection of CN emission from (2060) Chiron. Science 251, 774-777, 1991.
Bus, S.J., et al., (2060) Chiron: Evidence for activity near aphelion. Icarus 150, 94-103, 2001.
Campins, H.C., et al., The color temperature of 2060 Chiron: A warm and small nucleus. Bull. Am. Astron. Soc. 26, 1152, 1994.
Duffard et al., New activity of Chiron: Results from 5 years of photometric monitoring, Icarus 160, 44-51, 2002.
Emelyanenko, V. V. , Structure and Dynamics of the Centaur Population: Constraints on the Origin of Short-Period Comets. Earth, Moon, and Planets, Vol. 97, Issue 3-4, pp. 341-351, 2005.
Everhart E., Implicit single sequence methods for integrating orbits, Celestial Mechanics, Vol. 10, 35-55, 1974.
Groussin, O. et al., Properties of the nuclei of Centaurs Chiron and Chariklo, AA 413, 1163-1175, 2004.
Hahn G., Bailey M. E., Rapid dynamical evolution of giant comet Chiron, Nature, Vol. 348, 132-136, 1990.
Holman, M.J., Wisdom, J., Dynamical stability in the outer Solar system and the delivery of short-period comets. Astron. J. 105, 1987-1999, 1993.
Jewitt, D.C., From Kuiper Belt object to cometary nucleus: the missing ultrared matter. Astron. J. 123, 1039-1049, 2002.
Jewitt, D.C., Icy bodies in the new Solar system, Proceedings of IAU Symposium 263 "ICY BODIES IN THE SOLAR SYSTEM", Julio Fernandez et al. (eds). Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium, Volume 263, p. 3-16.
Kowal, C. T., Liller, W., Marsden, B. G.: 1979, in Symposium on the Dynamics of the Solar System, 23-26 May 1978, Tokio, Japan, (A79-36276 15-89) Dordrecht, D. Reidel Publishing Co., pp. 245-250.
Levison, H.F., Duncan, M.J., From the Kuiper Belt to Jupiter-family comets: the spatial distribution of ecliptic comets. Icarus Vol.127, 13-32, 1997.
Luu, J., Jewitt D., Cometary activity in 2060 Chiron. Astron. J., 100, 913-931, 1990.
Nakamura Ts., Yoshikawa M., Orbital evolution of giant comet-like objects, Celestial Mechanics, Vol. 57, 113-121, 1993.
Oikawa S., Everhart E., Past and future orbit of 1977 UB, object Chiron, Astronomical Journal, Vol. 84, 134-139, 1979.
Prialnik, D. et al., Modelling the activity of 2060 Chiron. Mon. Not. R. Asttron. Soc. 276, 1148-1154, 1995.
Scholl H., History and evolution of Chirons orbit, ICARUS, Vol. 40, 345-349, 1979.
Tholen D. J., et al. Object 2060 Chiron, IAU Circ., 4554, 1998.
Tiscareno, M.S., Malhotra, R., The dynamics of known Centaurs, Astron.J. 2003.
Womack M., Stern S.A., Detection of carbon monoxide in (2060) Chiron, Bull. Am.Astron. Soc. 27, 1143, 1997.
Заусаев А.Ф., Заусаев А.А., Ольхин А.Г., Оценка точности метода Эверхарта при решении уравнений движения больших планет на интервале времени 10000 лет, Вестн. Самар. Гос. Техн. Ун-та. Сер. Физико-Математические Науки. 2004. №30. стр.108-113.