Дракониды 2005 - прогноз активности

Дракониды 2005 - прогноз активности
Английский (English)



Введение
Дракониды, известные также как Джакобиниды, - это метеорный поток кометы 21Р Giacobini-Zinner. Комета была открыта в 1900 г., как раз после того, как под воздействием Юпитера ее орбита приблизилась к земной. Затем, когда во второй половине 1910-х гг. было указано на возможную метеорную активность данной кометы, наблюдатели 5-10 октября действительно отметили небольшое количество метеоров потока с радиантом в голове Дракона, подходящим для кометы 21Р. В течение 20 века и до настоящего времени орбита кометы, несколько изменяясь, находилась вблизи земной орбиты и за это время поток произвел два сильных шторма в 1933 и 1946 г., когда наблюдалось несколько тысяч метеоров в час, и ряд менее значительных всплесков. Последняя серия всплесков приходится на 1998 и 1999 гг., когда комета проходила предыдущий перигелий. В 1998 г. ZHR составило около 700 метеоров, а в 1999 г. - 15-20 метеоров.
В июле 2005 г. комета 21Р вновь прошла перигелий. Можно ли ожидать в связи с этим каких-либо всплесков активности Драконид в этом году? Как известно, главные всплески потока происходили в годы вокруг перигелия родительской кометы, однако далеко не каждый перигелий сопровождался всплеском. Прогноз активности потока в 2005 г., полученный методом моделирования эволюции метеорных частиц представлен ниже.
Основная часть всплесков активности Драконид хорошо прослеживается с помощью моделирования эволюции метеорных частиц (хотя есть и исключения, прежде всего всплеск 1985 г.). Выброшенные кометой частицы формируют протяженные шлейфы. Одной из причин является то, что помимо сил гравитационного притяжения, определяемого массой частицы, на нее действует еще и сила радиационного давления, ослабляющая гравитационное воздействие. Масса частицы (и сила гравитации) находится в кубической зависимости от ее радиуса, а диаметр (и радиационное отталкивание) определяются квадратом радиуса. Это приводит к тому, что влияние сил радиационного давления тем больше, чем меньше размер частицы. Воздействие этого отталкивания как бы уменьшает гравитационную постоянную, что ведет к увеличению периода обращения частицы, то есть более мелкие частицы, будучи выброшенными кометой и начав собственное вращение вокруг Солнца, все сильнее отстают от более крупных, что и формирует постепенно растягивающийся шлейф.
Метеорное моделирование проводится посредством расчета орбитальной эволюции частиц, выброшенных кометой с различными скоростями по касательной к своей траектории в момент перигелия. В реальности, разумеется частицы выбрасываются не только в момент перигелия, но и в течение нескольких месяцев вокруг него, однако в районе перигелия комета находится весьма непродолжительное время по сравнению со своим общим периодом, а основные пертурбации происходят вокруг афелия, так что, пока комета не ушла от Солнца, выброшенные частицы движутся в облаке рядом с ней. Поэтому мы можем полагать, что это облако было целиком выброшено в момент перигелия, на результаты расчетов это практически не влияет.
Что касается направлений выброса частиц, то опять же, в реальности, они выбрасываются не только и не столько по тангенцальным направлениям к движению кометы, но и во все остальные стороны. Однако, поскольку скорость выброса частиц (от 0 до 100 м/с, а подавляющая часть от 0 до 20 м/с) пренебрежимо мала по сравнению с собственной скоростью кометы (от 30 до 40 км/с в районе орбиты Земли), то выброшенные частицы имеют лишь слегка измененную орбиту и не разлетаются "в разные стороны". Радиальная составляющая скорости выброса влияет лишь на толщину шлейфа, достигающую обычно несколько сотен тысяч километров, а его конфигурация определяется тангенциальной составляющей скорости выброса.
Наконец, последнее. Негравитационные силы в метеорных расчетах часто не учитывают, как и в нашем случае. Тем не менее, некоторые из них, например, радиационное давление, можно учесть косвенно. Поскольку данная сила уменьшает общее притяжение Солнца, ее действие равносильно увеличению начальной скорости выброса частицы, что можно легко учесть в модели. Таким образом, данное негравитационное воздействие, как и многие другие не изменяет конфигурацию шлейфа, а лишь приводит к смещению частиц с различными массами вдоль него.
Моделирование шлейфов Драконид, за некоторыми исключениями, позволяет с высокой точностью сделать постпрогнозы для всплесков потока в предыдущие годы, расхождение между реальным и расчетным временем максимумов составляет не более нескольких минут - не слишком много, если учесть, что моделирование выполняется для десятков и сотен лет движения частиц. Более серьезной проблемой является прогноз интенсивности всплеска - насколько значительным будет максимум. Для таких прогнозов были разработаны эмпирические модели (единственно возможный способ в данном случае), однако для их совершенствования по-прежнему необходимы наблюдения.
Ниже представлены результаты, полученные Автором для 2005 г. при моделировании движения частиц родительской кометы Драконид 21P Giacobini-Zinner. Приводятся характеристики расчета и его результаты.

Условия моделирования
Вниманию читателя предлагаются результаты расчетов орбитальной эволюции частиц метеорного потока Дракониды с целью прогноза его активности в 2005 г. Моделировалась эволюция шлейфов последних 28 обращений, считая от перигелия кометы 2005 г., т.е. начиная со шлейфа 1817 г. Для расчета орбитальных элементов частиц использовалась программа С. Шанова и С. Дубровского. При определении ожидаемой метеорной активности использовалась модель Э. Литинена и Т. ван Фландерна, представленная в работе "Predicting the strength of Leonid outbursts" с небольшими корректировками от Автора, связанными с переходом от расчета функции fn по da0 к расчету этой функции по v (скоростям выброса частиц из ядра кометы), и с переходом от потока Леониды (для которого была создана модель Литинена-ван Фландерна) к Драконидам. При расчетах учитывались только гравитационные возмущения, тем не менее, полученные результаты в целом показывают очень хорошее согласие с результатами других исследователей. В прогноз включались все найденные сближения Земли со шлейфами на расстояние менее +/-0.007 а.е., дающие ожидаемое ZHRex>=1. Для шлейфов первых пяти обращений рассчитывались участки со скоростями выброса [-50;100] м/с, для шлейфов до 10 обращений - участки со скоростями выброса [-30;50] м/с, шлейфов от 10 до 20 обращений - участки со скоростями выброса [-20;30] м/с, для шлейфов свыше 20 обращений - участки со скоростями выброса [-10;20] м/с.

Результаты
Ниже на рис. 1 представлено распределение метеорных шлейфов кометы 21Р в окрестностях земной орбиты в период с 08.07.2005 по 10.01.2006. Вертикальная ось соответствует минимальному расстоянию между земной орбитой и частицами шлейфов. Таким образом, рис. 1. отражает момент прохождения частицами шлейфов минимальных расстояний до земной орбиты и сами значения этих минимумов. Центральная вертикальная линия соответствует 8 октября 2005 г.

Рис. 1. Пространственно-временная проекция участков шлейфов потока Дракониды на прохождение их частицами минимального расстояния до земной орбиты. (для каждого шлейфа указаны год его образования и скорости выброса частиц, образующих представленные участки шлейфов (метров в секунду)).

Можно видеть, что в период, когда Земля будет находиться вблизи нисходящего узла потока Дракониды (6-10 октября), ни один шлейф не окажется на достаточно близком расстоянии, чтобы дать вспышку активности. Ближе всего к Земле в это время будет находиться шлейф 1953 г. (8 обращений), но, во-первых, расстояние до него будет составлять около 0.0125 а.е. (очень много по метеорным меркам, для всплеска оно должно быть, по крайней мере, в 10 раз ниже), а во вторых, данный участок шлейфа, как видно на рис. 1, является сильно разреженным из-за сближения с Землей в прошлом.
Подобное распределение шлейфов не позволяет говорить о каких-либо всплесках потока. Активность, вероятнее всего, будет нулевой или почти нулевой, на уровне отдельных метеоров.
Тем не менее, учитывая случай 1985 г., не вполне хорошо описываемый применяемой моделью, Автор хотел бы отметить, что подобная вспышка активности (подобная по механизму образования, но не по интенсивности), могла бы произойти на интервале солнечных долгот от 195.349° до 195.488°, что соответствует 8 октября 14:56-18:19 UT. Тем не менее, вероятность такой вспышки представляется крайне незначительной, особенно учитывая разреженный участок шлейфа 1953 г.
В 2005 г. растущая Луна не должна стать значительной помехой при наблюдении Драконид. Хочется особо отметить, что даже несмотря на негативный прогноз по активности потока, его наблюдения крайне важны. Во-первых, в науке, как известно, отрицательный результат - это тоже результат, который стал бы важным подтверждением прогноза. А во-вторых, прогноз не может учесть всех мельчайших подробностей динамики потока, поэтому всегда возможны неожиданные всплески - либо из-за ошибок в прогнозе, либо из более старых следов, не учитывавшихся в расчетах.

Выводы
Для Драконид на 2005 г., несмотря на перигелий родительской кометы 21Р, прогнозируется отсутствие активности, за исключением, возможно, отдельных метеоров. При этом всплеск по аналогии с 1985 г. мог бы произойти на интервале 14:56-18:12 UT 8 октября. Однако, его вероятность, равно как и возможная интенсивность крайне малы. Луна в 2005 г. не будет серьезно мешать наблюдениям потока, что дает хорошие возможности для подтверждения или опровержения негативного прогноза.

Ссылки

1. Программа С. Шанова и С. Дубровского "Comet's dust 2.0". [Использована для расчета орбитальной эволюции частиц]
2. Материалы сайта Гари В. Кронка "Кометы и метеорные потоки" (русский перевод здесь)