АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2008, том 42, № 4, с. 291-300
УДК 521.35;521.36;523.44
ОРБИТА АСТЕРОИДА (99942) АПОФИС, ОПРЕДЕЛЕННАЯ ИЗ ОПТИЧЕСКИХ И РАДАРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
© 2008 г. Т. А. Виноградова, О. М. Кочетова, Ю. А. Чернетенко, В. А. Шор, Э. И. Ягудина
Институт прикладной астрономии РАН, С.-Петербург Поступила в редакцию 10.07.2007
Приводятся результаты уточнения орбиты астероида Апофис и обстоятельства сближения этого астероида с Землей в 2029 г. Уравнения движения астероида учитывают гравитационные возмущения от всех больших планет и Плутона, Цереры, Паллады и Весты. В модель включены также релятивистские возмущения от Солнца, возмущения от сжатия Солнца, сжатия Земли и светового давления. Учет возмущений от Земли и Луны выполняется раздельно. Координаты возмущающих тел вычислялись по DE405. Учитывались эффект фазы и гравитационное отклонение света. Численное интегрирование уравнений движения и уравнений в вариациях выполнялось методом Эверхарта 15-го порядка. Ошибка интегрирования на интервале 2005-2029 г., оцененная по результатам счета вперед-назад, не превышает 3 х 10-11 а. е. Уточненные значения координат и скоростей в эпоху JD2454200.5 (10 апреля 2007 г.) получены путем взвешенного уравнивания условных уравнений и их решения по методу наименьших квадратов. На интервале с 15.03.2004 по 16.08.2006 использованы 989 оптических и семь радарных наблюдений. Найденная система представляет оптические наблюдения с ошибкой 0.37'' (66 условных уравнений отброшены). Невязки радарных наблюдений меньше их ошибок на порядок или более. Найденная система элементов орбиты Апофиса и оценки ее ошибок находятся в хорошем согласии с теми, которые опубликованы иными авторами. Минимальное расстояние Апофиса от Земли 13 апреля 2029 г.близко к 38200 км. Оно согласуется в пределах 20 км с теми значениями, которые вычисляются на основе других опубликованных систем элементов. Оценено влияния на величину минимального расстояния некоторых составляющих модели.
PACS: 95.10.Eg, 96.30. Ys
ВВЕДЕНИЕ
Астероид, получивший предварительное обозначение 2004 MN4, был открыт в обсерватории Китт-Пик (шт. Аризона, США) 19 июня 2004 г. в ходе регулярных наблюдений, проводившихся там по программе поиска астероидов. Было выполнено шесть наблюдений астероида в течение двух ночей, после чего он фактически был потерян. 18 декабря того же года этот астероид был случайно переоткрыт ^ Harradd в Австралии, выполнявшим наблюдения по программе обзора астероидов в обсерватории Сайдинг-Спринг. На этот раз наблюдения в Сайдинг-Спринг были продолжены во многих обсерваториях, что дало Центру малых планет возможность уже 20 декабря опубликовать Электронный циркуляр c орбитой астероида, найденной на основе 31 наблюдения, выполненного с июня по декабрь. 2004 MN4 оказался астероидом, сближающимся с Землей, движущимся по орбите, внутренней по отношению к земной, и мало наклоненной к ней. Минимальное расстояние его орбиты от орбиты Земли составило всего 0.002 а. е. Абсолютная звездная величина астероида была оценена как 19.3™ , что при характерных для данного типа астероидов альбедо соответствовало диаметру около 400 м. Малость межорбитального расстояния и разме-
ры астероида дали основание классифицировать его как потенциально опасный для Земли.
В течение ближайших трех дней сразу две автоматические системы, Sentry в США и CLOMON 2 в Италии, нашли, что астероид будет иметь очень тесное сближение с Землей 13 апреля 2029 г. Первоначальные оценки вероятности его столкновения с Землей в 2029 г. составляли величину порядка одной трехсотой, причем по мере увеличения числа используемых для уточнения орбиты наблюдений вероятность столкновения только возрастала. К 26 декабря по 169 наблюдениям вероятность оценивалась уже как 2.2% , а к 27 декабря по 176 наблюдениям как 3.3%. Напряженность ситуации нарастала. Столкновение Земли с астероидом таких размеров угрожало региональной катастрофой.
К счастью, к вечеру этого дня в обсерватории Китт-Пик были обнаружены шесть слабых изображений 2004 MN4, полученных по иной программе наблюдений в марте того же самого 2004 г. и ранее остававшихся незамеченными. Расширение интервала времени, охваченного наблюдениями, позволило значительно увеличить точность предсказания и по существу исключить возможность столкновения с данным астероидом в 2029 г. Тем не менее астероид продолжали интенсивно наблюдать. В конце января 2005 г. в радиообсерватории
Аресибо (Пуэрто-Рико) была выполнена серия из пяти радиолокационных наблюдений астероида, позволивших существенно уточнить элементы его орбиты и с большей достоверностью прогнозировать движение в будущем.
Как оказалось, астероид пройдет мимо Земли 13 апреля 2029 г. на расстоянии, даже меньшем, чем это ранее предполагалось: от центра Земли оно составит несколько более 38000 км - меньше высоты полета геостационарных спутников. На ночной половине Земли астероид можно будет наблюдать как объект 3.3™. Для землян столь близкое прохождение небесного тела само по себе мало чем опасно. Однако опасными могут оказаться его последствия. Для астероида сближение с Землей обернется большим или меньшим изменением элементов орбиты под влиянием возмущения со стороны гравитационного поля планеты. Величина возмущений существенно зависит от малости минимального расстояния до астероида. К сожалению, сегодня величина этого расстояния может быть рассчитана недостаточно точно. Отсюда возникает некоторая неопределенность прогноза дальнейшего движения астероида. Во всех случаях значительно изменится большая полуось его орбиты, или, другими словами, его среднее движение. Орбита астероида из внутренней по отношению к Земле (орбиты типа Атона, выходящей за пределы орбиты Земли только в окрестности афелия) превратится в орбиту типа Аполлона, с большой полуосью, превышающей одну астрономическую единицу, и подходящую к Солнцу ближе орбиты Земли в окрестности своего перигелия. Орбитальный период, который в настоящее время равен 0.89 года, превысит величину одного года. При этом может оказаться, что продолжительность нового периода, выраженная в годах, составит величину, представляющую собой отношение двух целых чисел, например, 7/6. Это будет означать, что по прошествии семи лет тело совершит относительно Солнца шесть оборотов, в то время как Земля совершит в точности семь оборотов. По истечении этого периода времени ситуация встречи тел на орбитах должна повториться. При небольшом отличии от точной соизмеримости периодов возможно даже ухудшение ситуации, имевшей место в предшествующем сближении. Например, если в предыдущем сближении тело прошло через точку минимального расстояния между орбитами немного ранее, чем Земля, ввиду чего столкновение тел не произошло, то к моменту очередного сближения тело может несколько задержаться и прийти в роковую точку одновременно с Землей. Как показывают расчеты, для 2004 МК4 в результате сближения в 2029 г. возможен целый спектр неблагоприятных преобразований орбиты, которые ведут к непосредственным столкновениям через несколько лет с Землей или к новым очень тес-
ным сближениям с нею и новым опасным трансформациям орбиты в будущем.
В ближайшие десятилетия или даже столетия астероид будет являться источником постоянной угрозы для Земли, пока вековые возмущения перигелия и узлов орбиты не уведут его восходящий узел на эклиптике достаточно далеко от орбиты Земли. Правда, эти же возмущения через несколько тысяч лет приведут к опасной близости к орбите Земли его нисходящий узел (Заботин, Медведев, 2008). На интервалах в десятки тысяч лет движение перицентра и узлов будет периодически приводить орбиту 2004 МК4 к пересечениям с орбитой Земли. Орбита астероида является, таким образом, динамически неустойчивой. В конечном итоге астероид либо выпадет на Землю, либо в результате тесных сближений с нею большая полуось и эксцентриситет его орбиты будут радикально преобразованы и астероид выпадет на Солнце (при очень большом эксцентриситете) или получит возможность сближаться с другими большими планетами и эволюционировать под влиянием тесных сближений с ними.
Такова в общих чертах картина движения данного астероида и эволюции его орбиты. В июне 2005 г. астероид 2004 МК4 получил постоянный номер 99942 и вскоре после этого ему было присвоено имя Апофис (АрорЫ8 - Разрушитель) (греческое имя египетского божества Арер, которое, согласно легенде, таится во мгле и пытается разрушить Солнце во время его ночных странствий по подземному миру).
Ясно, что для оценки угрозы Земле со стороны (99942) Апофиса первостепенное значение имеет знание его точной орбиты. В настоящее время известны две наиболее точно определенные орбиты Апофиса (http://newton.dm.unipi.it/neodys/epoch/99942. вд1, http://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb.cgi7sstr = 99942). Целью данной работы является новое определение орбиты данного астероида на основе имеющихся позиционных оптических и радиолокационных наблюдений и оценка точности найденного решения. Это тем более имеет смысл, что до 2012 г. получение новых наблюдений Апофиса маловероятно ввиду большой удаленности астероида от Земли в течение предстоящего периода.
МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ
Уравнения движения астероида в прямоугольных координатах учитывают гравитационные возмущения от всех больших планет и Плутона, возмущения от Цереры, Паллады и Весты. Для выяснения вопроса о том, как влияют на результат не учитываемые гравитационные возмущения от других астероидов, проводились эксперименты по уточнению орбиты Апофиса с включением в модель гравитационного влияния трехсот
Таблица 1. Влияние светового давления на оценку минимального расстояния Апофиса от Земли Д^ в 2029 г.
Вариант Учет светового давления при улучшении параметров орбиты Учет светового давления при интегрировании до 2029 г. км
1 Учитывалось Учитывалось 38220.5
2 Учитывалось Не учитывалось 38139.6
3 Не учитывалось Не учитывалось 38214.5
наиболее массивных астероидов и последующему прогнозированию движения Апофиса в рамках данной модели. Эти эксперименты показали, что на данном этапе, ввиду громоздкости более полной модели, целесообразно огр
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.