АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2007, том 41, № 6, с. 537-543
УДК 523.68
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПА ПОСТУПЛЕНИЯ МЕТЕОРНОГО ВЕЩЕСТВА НА ЗЕМЛЮ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ С ОДНОГО ПУНКТА ПАТРУЛЬНОЙ
ТЕЛЕВИЗИОННОЙ УСТАНОВКОЙ
© 2007 г. А. В. Багров*, В. А. Леонов*, Е. С. Масленникова**
*Институт астрономии РАН, Москва **Казанский государственный университет, Казань Поступила в редакцию 23.03.2006 г.
Предлагается методика редукции численности наблюдаемых в отдельном наземном пункте метеоров для оценки темпа поступления метеорного вещества на Землю (ИМА - индекс метеорной активности). Выведена формула, позволяющая получить объективную оценку метеорной активности из результатов регистрации метеоров в предположении, что каждый метеор принадлежит потоку с равномерным пространственным распределением частиц. В качестве примера приведены оценки метеорной активности, полученные из результатов регистрации метеоров патрульной телевизионной камерой, расположенной в одном пункте.
РЛС8 96.30.Za
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПА ПОСТУПЛЕНИЯ МЕТЕОРНОГО ВЕЩЕСТВА ОБЪЕКТИВНЫМИ МЕТОДАМИ РЕГИСТРАЦИИ
Измерение темпа притока метеорного вещества на Землю как функции массы частиц по наблюдениям из одного пункта является сложной задачей. Основная трудность оценок такого рода состоит в необходимости учета прихода метеоров из той части небесной сферы, которая не видна из пункта наблюдений. Можно, однако, предположить, что в отсутствие узких и сильных метеорных потоков основной приток метеорного вещества определяется спорадической составляющей с радиантами, более или менее равномерно распределенными по всей небесной сфере. Поэтому наблюдения метеоров из одного пункта в течение ночи, когда благодаря суточному вращению Земли наблюдаемая полусфера проходит по значительной части всей небесной сферы, могут объективно характеризовать метеорную активность в дату наблюдений.
Формально каждый метеор можно рассматривать как элемент некоего потока, в котором частицы имеют равномерную пространственную плотность, и который действует в течение одной наблюдательной ночи. Факт регистрации метеора можно рассматривать как признак существования такого потока с радиантом, совпадающим с радиантом самого метеора, а частоту регистрации метеоров с таким радиантом - как индикатор пространственной плотности составляющих его элементов. Этот формальный подход полностью соответствует привычному представлению о метеорных потоках как об ансамблях частиц на близких орбитах. Что же каса-
ется спорадических метеоров со случайным распределением времени и направления пролета, то сами факты их регистрации позволяют отнести их к проявлению действия объективно существующих потоков, пусть даже с очень низкой плотностью.
Рассматривая каждое наблюдавшееся метеорное явление как проявление соответствующего ему потока, оценим вклад этого потока в приток метеорного вещества на нашу планету, для чего положим темп поступления частиц из него в наблюдаемую площадку равным 1 частице за ночь или 0.1 метеора в час. Суммарная оценка вкладов всех формально определенных потоков, связанных с реально наблюдавшимися метеорами, является вполне объективной характеристикой метеорной активности.
Для оценки плотности частиц в потоке, индуцируемом наблюдаемым метеором, рассмотрим площадку размером а х а и площадью = а2 (кв. градусов), в которой наблюдаются метеоры, и находящуюся на угловом расстоянии 2 от зенита (рис. 1). Поскольку наблюдения могут вестись в условиях частичной облачности, величина 5 должна определяться свободной от облаков областью поля зрения. Площадка 5 имеет реальный пространственный размер 5*, равный
5* = а х а =
+| 1 (2
где И - высота площадки в км и а - угол поля зрения камеры.
Каждый метеор ¡, имеющий звездную величину т, и наблюдаемый в данной площадке, характеризует темп прихода метеорных частиц из радианта формально рассматриваемого потока как 0.1/ч че-
Рис. 1. Геометрия области наблюдений метеоров с поверхности Земли.
рез анализируемую площадку. Радиант индивидуального метеора отстоит от точки его загорания на угол, зависящий от угловых высот загорания и угасания, и может быть определен по "критерию лямбда-пси" (Астапович, 1958):
H2 sin X sin у J ---
sin Y2 =
L cos Z2
Hj sin A
L cosZj'
где ^ и - соответственно элонгации от радианта до точек начала и конца метеора, Н1 и Н2 - высоты (в км) начала и конца метеора, 2Х и 2г - зенитные расстояния начала и конца метеора, X и Ь - его угловой и линейный (в км) размеры.
Высоты Н1 и Н2, если они не определяются из наблюдений, например, триангуляционным методом, могут быть оценены по видимой яркости и скорости метеора. При таком подходе элонгация от радианта до точки начала метеора определяется эмпирически (Астапович, 1958; Станюкович, 1933); примем ее равной Тогда эффективное сечение потока метеорных частиц из радианта связано с
наблюдаемой площадкой как: Q1 =
Полная плотность потока N (т) метеоров на Землю из радианта наблюдавшегося метеора:
N = 0.1л /й,
поскольку часовое число п(т) метеоров из данного формально рассмотренного радианта принято равным 0.1. На практике наблюдаемое число п(т) равно истинному только для самых ярких метеоров, слабые метеоры могут быть пропущены, а имеющие яркость ниже предела обнаружения не регистрируемы вовсе. Для метеорных наблюдений обычно используется "коэффициент замечаемо-сти" п(т) (Куликовский, 2002), который характеризует долю замеченных метеоров из общего числа. Истинное число метеоров составляет
п*(т)=п(т)/п(т).
Поэтому полный приток частиц из радианта i-го наблюдаемого метеора должен составить:
N* =N n(m) = n(m)0.1n R® /Q.
Если мы хотим характеризовать приток вещества как функцию масс частиц (яркости метеоров m), то ni необходимо измерить для каждой m. Наблюдаемая яркость mit z метеора на зенитном расстоянии zi связана с его яркостью в зените m, z = 0 формулой:
mt,z = o = mi z + 5 lg (coszt).
Если просуммировать вклад всех "метеорных потоков", соответствующих наблюдавшимся метеорам, то полученная сумма будет характеризовать полное число метеорных частиц массы ц, порождающих метеоры яркости m:
N( m, t) = £(N*) = m) 0.1 %R2JQi},
где суммирование ведется по i для каждой ступени яркости m метеоров в течение 1 ч ("часовой приток метеорных частиц звездной величины m"). При суммировании необходимо иметь в виду, что весь рассмотренный подход основан на измерении прихода метеоров в анализируемую площадку, следовательно, подсчет должен вестись только для метеоров, начинающихся в площадке. Очевидно, что все метеоры, входящие в область наблюдения, наблюдаются уже ниже точки входа в атмосферу и могут учитываться лишь для других начальных параметров S*.
Аналогично можно оценить полный приток метеорных частиц во всем диапазоне Am регистрируемых яркостей:
N (A m,t) = £(N*) = £{n( m) 0.1nR2e/Q,}.
При таком подсчете вклад реального метеорного потока в приток метеорных тел на Землю полностью эквивалентен учету такого же числа метеоров из кластера их индивидуальных радиантов, являющегося радиантом потока.
В то же время смысл подсчета числа "всех" метеоров, падающих на Землю, основанный на экстраполяции числа зарегистрированных метеоров в область ненаблюдаемых яркостей вплоть до +16m (Астапович, 1958), полностью утрачивается по трем причинам. Во-первых, каждый фиктивный радиант в нашем рассмотрении представлен единственным метеором, экстраполяция которого на другие яркости не имеет смысла. Во-вторых, распределение метеоров по яркостям сильно варьируется от потока к потоку, и даже для известных потоков эти распределения получены на ограниченном материале, так что неопределенность в подсчете полного суточного или часового числа метеоров разной яркости, выпадающих на Землю, оказывается слишком велика. В-третьих, распределение метеоров по яркости, как показали новейшие исследования (Багров, Масленникова, 2004), существенно
отличается от принятого в литературе степенного характера, что делает весь процесс экстраполяции численности метеоров на малые яркости необоснованным.
Очень важное значение в оценке численности метеоров имеет фактор достоверности результатов наблюдений. Характеризуя объективные методы наблюдений (например, телевизионные) мы можем оценить достоверность регистрации метеора по отношению сигнал/шум регистрирующей аппаратуры. Она будет зависеть от реальной проницающей силы регистрирующего устройства и яркости метеора. Фактор достоверности обнаружения метеора яркости т в какой-то степени схож с фактором "заме-чаемости" метеоров при визуальных наблюдениях.
ЗАДАЧИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО МОНИТОРИНГА МЕТЕОРНОГО ВЕЩЕСТВА
В настоящее время мониторинг метеорных событий проводится в ИНАСАН с помощью автоматизированной телевизионной системы (Багров и др., 2004). Патрульная телевизионная камера с начала ночи и до рассвета при любой погоде ведет запись изображения неба в околозенитной области на видеомагнитофон. При последующем визуальном просмотре записей легко отбраковываются периоды сплошной облачности. Если площадь облаков занимает меньше 50% поля зрения камеры, то видеоматериал внимательно просматривается для обнаружения и оцифровки записей метеорных событий. Ось камеры направлена в зенит. Выбор положения камеры объясняется следующим обстоятельством: при частичной облачности, когда облака расположены в определенном слое, вероятность просвета между облаками будет больше при таком положении ось луча зрения, когда он направлен по нормали к этому слою (рис. 2).
На первый взгляд может показаться, что визуальный поиск метеоров на видеозаписях является полным эквивалентом визуальных наблюдений метеоров. На самом деле это не так. Оператор просматривает видеозаписи в состоянии полного внимания, имея возможность отдыха после просмотра любой продолжительности (на практике - через каждые 10-15 минут просмотра). Помимо этого, оператор имеет возможность повторить просмотр любого участка записи, если у него возникло подозрение, что на экране возник малозаметный или кратковременный объект. Этот прием гарантированно отсекает так называемые "псевдометеоры-призраки", которые время от времени возникают в воображении
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.