Леониды 2005 - прогноз активности
Английский (English)
Введение
Метеорный поток Леониды известен своей изменчивой активностью. В годы вокруг перигелия родительской кометы 55P Tempel-Tuttle активность потока значительно повышается и подчас достигает штормовых уровней. Последнее возвращение кометы 55P произошло в марте 1998 г. и сейчас она движется ко внешним слоям Солнечной системы - ее афелий находится за орбитой Сатурна. Существенные повышения активности Леонид были отмечены начиная с 1994 и по 2003 г. В 1999, 2001 и 2002 гг. произошли метеорные шторма, когда ZHR достигало 3000-4000 метеоров. (ZHR - зенитное часовое число - количество метеоров потока, которое в среднем заметит наблюдатель в течение часа, если радиант находится в зените и видны звезды до 6.5 зв.). В 2004 г. активность оказалась чуть выше фонового уровня и ZHR достигло 28 (фоновая активность характерна для Леонид в "спокойные" годы, она составляет 10-20 по ZHR).
Все основные всплески активности Леонид хорошо прослеживаются с помощью моделирования эволюции метеорных частиц. 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, постепенно 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.
Как уже говорилось, моделирование шлейфов Леонид позволило сделать очень хорошие прогнозы активности потока при ее последнем возвращении, реальные максимумы отличались от расчетных в основном не более чем на 10-15 минут - не слишком много, если учесть, что моделирование выполняется для нескольких сотен лет движения частиц. Были также сделаны и успешные пост-прогнозы - расчеты всплесков Леонид в прошлом, например, знаменитого шторма в 1966 г. 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 Леонид 55P Tempel-Tuttle. Основные характеристики расчета и его результаты приведены ниже.
Условия моделирования
Вниманию читателя предлагаются результаты расчетов орбитальной эволюции частиц метеорного потока Леониды с целью прогноза его активности в 2005 г. Моделировалась полностью эволюция шлейфов последних 30 обращений, считая от перигелия кометы 1998 г., т.е. начиная со шлейфа 1001 г. и частично эволюция шлейфов 31-33 обращений, т.е. 901, 935 и 967 гг. выброса. 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), а также с необходимостью учета реальной активности во время недавних штормов Леонид. 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
Для 2006 года найдено несколько сближений со старыми шлейфами. Они представлены в таблице 1.
Таблица 1. Значимые сближения Земли со шлейфами потока Леонид в 2005 г.
Здесь trail - количество обращений данного шлейфа; year - год его образования; rd-re - расстояние между орбитой Земли и орбитой частиц шлейфа (при положительных значениях нисходящий узел орбиты шлейфа находится с наружной стороны земной орбиты, а при отрицательных - с внутренней); ej. Vel. - скорость выброса частиц на данном участке шлейфа (положительные значения соотвествуют частицам, выброшенным против движения кометы, а отрицательные - по движению кометы); fM(fMD) - показатель, характеризующий продольную плотность шлейфа, определяется временем, которое проходит между минимального расстояния до земной орбиты частицами с различными скоростями выброса; sol. long. - солнечная долгота, соответствующая максимуму всплеска; max. Time - расчетное время максимума активности от данного шлейфа; ZHR ex. - ожидаемое ZHR в максимуме от данного шлейфа.
Распределение частиц шлейфов потока Леонид дано на рис. 1.
Метеорный поток Леониды известен своей изменчивой активностью. В годы вокруг перигелия родительской кометы 55P Tempel-Tuttle активность потока значительно повышается и подчас достигает штормовых уровней. Последнее возвращение кометы 55P произошло в марте 1998 г. и сейчас она движется ко внешним слоям Солнечной системы - ее афелий находится за орбитой Сатурна. Существенные повышения активности Леонид были отмечены начиная с 1994 и по 2003 г. В 1999, 2001 и 2002 гг. произошли метеорные шторма, когда ZHR достигало 3000-4000 метеоров. (ZHR - зенитное часовое число - количество метеоров потока, которое в среднем заметит наблюдатель в течение часа, если радиант находится в зените и видны звезды до 6.5 зв.). В 2004 г. активность оказалась чуть выше фонового уровня и ZHR достигло 28 (фоновая активность характерна для Леонид в "спокойные" годы, она составляет 10-20 по ZHR).
Все основные всплески активности Леонид хорошо прослеживаются с помощью моделирования эволюции метеорных частиц. 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, постепенно 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.
Как уже говорилось, моделирование шлейфов Леонид позволило сделать очень хорошие прогнозы активности потока при ее последнем возвращении, реальные максимумы отличались от расчетных в основном не более чем на 10-15 минут - не слишком много, если учесть, что моделирование выполняется для нескольких сотен лет движения частиц. Были также сделаны и успешные пост-прогнозы - расчеты всплесков Леонид в прошлом, например, знаменитого шторма в 1966 г. 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 Леонид 55P Tempel-Tuttle. Основные характеристики расчета и его результаты приведены ниже.
Условия моделирования
Вниманию читателя предлагаются результаты расчетов орбитальной эволюции частиц метеорного потока Леониды с целью прогноза его активности в 2005 г. Моделировалась полностью эволюция шлейфов последних 30 обращений, считая от перигелия кометы 1998 г., т.е. начиная со шлейфа 1001 г. и частично эволюция шлейфов 31-33 обращений, т.е. 901, 935 и 967 гг. выброса. 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), а также с необходимостью учета реальной активности во время недавних штормов Леонид. 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
Для 2006 года найдено несколько сближений со старыми шлейфами. Они представлены в таблице 1.
Таблица 1. Значимые сближения Земли со шлейфами потока Леонид в 2005 г.
| trail | year | rD-rE | Vej | fM(fMD) | sol.long. | Max. time | ZHRex |
| rev. | - | м/с | - | ° | а.е. | UT | метеоров |
| 2 | 1932 | 0.00013 | 88.25 | 0.466 | 236.620 | 19.11.2006 4:55 | 31 |
| 19 | 1366 | -0.00094 | 20.10 | 0.004 | 237.694 | 20.11.2006 6:28 | 1 |
Распределение частиц шлейфов потока Леонид дано на рис. 1.
Рис. 1. Пространственно-временная проекция участков шлейфов потока Леониды на прохождение их частицами нисходящего узла.
Ниже на следующих двух рисунках представлены: отдельные графики ожидаемой активности от шлейфов и фона (рис. 2) и общий профиль активности Леонид на протяжении периода действия потока (рис. 3).
Рис. 2. Предполагаемый профиль фоновой активности (красная линия) и дополнительной активности от шлейфов (синяя линия).
Рис. 3. Предполагаемый профиль общей активности Леонид (от шлейфов и фона).
При этом ожидаемый профиль активности от шлейфов основан на расчетах Автора, а профиль фоновой активности является типовым с максимальным ZHR фона 15 метеоров. Фоновый максимум, согласно данным IMO, приходится на 14:30 UT 17 ноября.
Таким образом, в 2005 г. никаких существенных всплесков активности потока не ожидается. Тем не менее, интересным представляется сближение Земли с несколькими частями обособленного участка шлейфа 1167 г. Этот участок сохранил достаточно регулярную структуру, хотя и оказался скручен несколько раз, что и дает множественные столкновения. Более детальный профиль всплеска от данного шлейфа приведен на рис. 4
Таким образом, в 2005 г. никаких существенных всплесков активности потока не ожидается. Тем не менее, интересным представляется сближение Земли с несколькими частями обособленного участка шлейфа 1167 г. Этот участок сохранил достаточно регулярную структуру, хотя и оказался скручен несколько раз, что и дает множественные столкновения. Более детальный профиль всплеска от данного шлейфа приведен на рис. 4
Рис. 4. Ожидаемый профиль активности Леонид во время сближения со шлейфом 1167 г.
Как видно, формальное значение максимального ZHR от всех столкновений со шлейфом 25 rev. составляет около 18 (с учетом фона). Время максимума - около 1:10 UT 21 ноября. Хотелось бы особо отметить довольно значительный сдвиг времени максимума от максимума фоновой активности Леонид, приходящегося на 17 ноября. Это означает, что ко времени предполагаемого действия шлейфа 25 обращений фоновая активность уже значительно ослабеет. Рис. 3 показывает, что 20 ноября, в промежутке между фоновым максимумом и всплеском от шлейфа 1167 г. активность может упасть до 3-4 по ZHR. Следовательно, фоновая активность не будет мешать отслеживать возможное повышение количества метеоров Леонид в это время.
На рис. 4. видно, что ожидаемый пик является довольно продолжительным по времени - активность выше половины от максимального значения должна продлиться до 20 часов. Яркость метеоров шлейфа 1167 г. ожидается средней.
В 2005 г. во время максимума Леонид высоко в небе будет светить убывающая Луна. В сочетании с не очень яркими метеорами это обстоятельство существенно затруднит наблюдение активности шлейфа. Тем не менее, отслеживание ее возможных всплесков представляется исключительно важным, поскольку оно должно помочь в уточнении того, что можно ожидать от старых шлейфов. Это должно способствовать уточнению прогнозов активности от них в будущем.
Ввиду большого возраста шлейфа необходимо иметь в виду, что точность данного прогноза заметно ниже, чем, например, предсказания активности Леонид для 1999-2004 гг. Причем, ошибка возможна как в меньшую сторону (т.е. отсутствие активности), так и в большую (прогноз ZHR достаточно консервативен, и если столкновение действительно состоится, то реальное ZHR может оказаться в два-три раза больше прогнозируемого). Причиной же неудачи могут стать как несовершенства модели, так и неверные исходные элементы орбиты кометы 55Р для тех давних времен.
Хотелось бы обратить также внимание на сближение 10 ноября в 8:30 UT с плотным участком шлейфа 1001 г. Оно не будет близким, поэтому ZHR может составить всего 2-3. Однако, в это время фон потока еще не будет проявлять себя, кроме того, в это время Луны в эти дни будет садиться вскоре после полуночи. Поэтому любители потока Леониды могут попытаться заметить немного его метеоров на безлунном небе, тем более, что метеоры этого шлейфа будут в основном достаточно слабыми.
В завершение хотелось бы отметить, что фоновая активность Леонид в 2005 г. ожидается низкой, поскольку основная масса шлейфов потока в данное время отошла на значительное расстояние внутрь орбиты Земли.
Выводы
В 2005 г. значительных всплесков Леонид не ожидается. Тем не менее, моделирование показывает, что, помимо фонового максимума 17 ноября, 21 ноября вокруг 1:10 UT вероятен пик от шлейфа 1167 г. продолжительностью до 20 часов. Расчетное ZHR для данного максимума составляет 18, яркость метеоров должна быть средней. В 2005 г. наблюдениям Леонид будет мешать лунный свет, однако результаты наблюдений очень важны для оценки активности от старых шлейфов. Благоприятным моментом является удаленность пика, связанного со шлейфом 1167 г., от традиционного максимума, что не позволит ему смешаться с фоном. Сама же фоновая активность ожидается невысокой. Кроме того, первые проявления активности Леонид могут произойти уже 10 ноября вокруг 8:30 UT, когда Земля сблизится со шлейфом 1001 г. Расчетное ZHR составляет всего 2, однако в это время Луна будет заходить вскоре после полуночи и у наблюдателей есть хорошая возможность увидеть немного метеоров Леонид на безлунном небе, при этом основная масса метеоров шлейфа 1001 г. должна быть довольно слабой.
Кроме того, здесь вы можете ознакомиться с результатами Жереми Вобайона (на английском).
Ссылки
1. Программа С. Шанова и С. Дубровского "Comet's dust 2.0". [Использована для расчета орбитальной эволюции частиц]
2. NK 722 http://www.oaa.gr.jp/~7Eoaacs/nk/nk722.htm [Орбитальные элементы 55P Tempel-Tuttle.]
3. Литинен E, ван Фландерн T. "Predicting the strength of Leonid outbursts", 2000, Icarus, P. 158-160.
На рис. 4. видно, что ожидаемый пик является довольно продолжительным по времени - активность выше половины от максимального значения должна продлиться до 20 часов. Яркость метеоров шлейфа 1167 г. ожидается средней.
В 2005 г. во время максимума Леонид высоко в небе будет светить убывающая Луна. В сочетании с не очень яркими метеорами это обстоятельство существенно затруднит наблюдение активности шлейфа. Тем не менее, отслеживание ее возможных всплесков представляется исключительно важным, поскольку оно должно помочь в уточнении того, что можно ожидать от старых шлейфов. Это должно способствовать уточнению прогнозов активности от них в будущем.
Ввиду большого возраста шлейфа необходимо иметь в виду, что точность данного прогноза заметно ниже, чем, например, предсказания активности Леонид для 1999-2004 гг. Причем, ошибка возможна как в меньшую сторону (т.е. отсутствие активности), так и в большую (прогноз ZHR достаточно консервативен, и если столкновение действительно состоится, то реальное ZHR может оказаться в два-три раза больше прогнозируемого). Причиной же неудачи могут стать как несовершенства модели, так и неверные исходные элементы орбиты кометы 55Р для тех давних времен.
Хотелось бы обратить также внимание на сближение 10 ноября в 8:30 UT с плотным участком шлейфа 1001 г. Оно не будет близким, поэтому ZHR может составить всего 2-3. Однако, в это время фон потока еще не будет проявлять себя, кроме того, в это время Луны в эти дни будет садиться вскоре после полуночи. Поэтому любители потока Леониды могут попытаться заметить немного его метеоров на безлунном небе, тем более, что метеоры этого шлейфа будут в основном достаточно слабыми.
В завершение хотелось бы отметить, что фоновая активность Леонид в 2005 г. ожидается низкой, поскольку основная масса шлейфов потока в данное время отошла на значительное расстояние внутрь орбиты Земли.
Выводы
В 2005 г. значительных всплесков Леонид не ожидается. Тем не менее, моделирование показывает, что, помимо фонового максимума 17 ноября, 21 ноября вокруг 1:10 UT вероятен пик от шлейфа 1167 г. продолжительностью до 20 часов. Расчетное ZHR для данного максимума составляет 18, яркость метеоров должна быть средней. В 2005 г. наблюдениям Леонид будет мешать лунный свет, однако результаты наблюдений очень важны для оценки активности от старых шлейфов. Благоприятным моментом является удаленность пика, связанного со шлейфом 1167 г., от традиционного максимума, что не позволит ему смешаться с фоном. Сама же фоновая активность ожидается невысокой. Кроме того, первые проявления активности Леонид могут произойти уже 10 ноября вокруг 8:30 UT, когда Земля сблизится со шлейфом 1001 г. Расчетное ZHR составляет всего 2, однако в это время Луна будет заходить вскоре после полуночи и у наблюдателей есть хорошая возможность увидеть немного метеоров Леонид на безлунном небе, при этом основная масса метеоров шлейфа 1001 г. должна быть довольно слабой.
Кроме того, здесь вы можете ознакомиться с результатами Жереми Вобайона (на английском).
Ссылки
1. Программа С. Шанова и С. Дубровского "Comet's dust 2.0". [Использована для расчета орбитальной эволюции частиц]
2. NK 722 http://www.oaa.gr.jp/~7Eoaacs/nk/nk722.htm [Орбитальные элементы 55P Tempel-Tuttle.]
3. Литинен E, ван Фландерн T. "Predicting the strength of Leonid outbursts", 2000, Icarus, P. 158-160.