АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2008, том 42, № 3, с. 206-221
УДК 523.68
ОРБИТАЛЬНАЯ СТРУКТУРА МЕТЕОРНОГО КОМПЛЕКСА ПО РАДАРНЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ В КАЗАНИ. 1. ВИДИМЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АФЕЛИЕВ
© 2008 г. В. В. Сидоров, С. А. Калабанов, Д. В. Любимов, А. Ф. Насыров,
А. Д. Сидорова, И. В. Филин
Казанский государственный университет, Казань Поступила в редакцию 15.05.2007 г.
В работе представлены результаты исследования орбитальной структуры метеорного комплекса, доступного радарным наблюдениям со средних широт северного полушария. Экспериментальной основой исследования явился многолетний радарный мониторинг притока метеорного вещества в атмосферу Земли с помощью метеорного радара Казанского университета, начатый в 1986 г. Использован дискретный квазитомографической метод измерения радиантов и скоростей метеорных потоков по угломерным данным метеорного радара и дифракционным измерениям скоростей метеоров. Показано, что дискретизация среды обнаружения, в частности по скоростям, не приводит к существенным потерям точности измерения. При стандартном отклонении одиночного измерения скорости 3 км/с, погрешность измерения скорости потока не хуже 1.5 км/с. Используется микропотоковое представление, при котором микропотоки могут представлять либо коррелированную часть спорадического комплекса, либо могут быть парциальными роями больших или малых потоков, либо фрагментами пылевого окружения близко к Земле пролетающих или падающих на нее малых тел. На основе данных измерений за полный годовой цикл построены обзорные карты распределения наблюденных 2263 микропотоков (22604 орбит) по наклонениям, афелийным расстояниям и долготам восходящих узлов их орбит. Показано существенное влияние условий наблюдения на параметры распределения афелийных расстояний для разных месяцев и принципиальное различие распределений для прямых и обратных орбит. Особенность таких карт распределения заключается в возможности единообразного представления как метеорных потоков, так и неоднородностей спорадического комплекса.
РДСБ: 96.30.Ye, 96.30.Za
ВВЕДЕНИЕ
Экспериментальной основой для изучения орбитальной структуры метеорного комплекса являются данные оптических и радарных наблюдений. И те, и другие страдают от ограничений, связанных со свойствами измерительного инструмента: его чувствительностью, физической селективностью, возможностями обзора небесной сферы, астрономическими и метеорологическими условиями наблюдений и др. Все это в конечном итоге влияет на статистическую обеспеченность и интерпретацию полученных результатов. Именно недостаточная статистическая обеспеченность данных отдельных экспериментов толкает исследователей на создание общих баз данных. Однако при объединении разнородных данных требуется учесть все факторы замечаемости, которые опираются на теоретические модели и, следовательно, содержат свойственные им ограничения. Поэтому для построения общей картины метеорного комплекса в окрестности орбиты Земли особенно ценны радарные исследования, кото-
рые мало зависят от метеорологических условий и позволяют вести длительные круглосуточные наблюдения, поддерживая при этом одинаковую чувствительность и обеспечивая хорошую статистику. Естественно, что и радарные наблюдения имеют свои ограничения, связанные с малыми массами радарных метеоров (10_5-10г4 г) и плохой радарной замечаемостью рыхлых высокоскоростных метеоров. Наиболее длинные ряды наблюдений были получены на радарах без вынесенных пунктов, но обеспеченных угломерами. Однако использование этих данных для изучения орбитальной структуры метеорного комплекса было невозможно из-за отсутствия измерений радиантов индивидуальных метеоров. Разработанные статистические методы (Hawkins, 1956; Пу-пышев и др., 1980; Белькович и др., 1991) позволяли получать либо распределения радиантов спорадических метеоров с малым угловым разрешением и без привязки к скоростям, либо определять усредненные радианты наиболее крупных метеорных потоков (Карюкина и др., 1969; Jones, Morton, 1977 и др.), для которых скорости опреде-
лялись независимо. Подход к картографированию распределения радиантов метеорных потоков по угломерным радарным данным развивается в работе (Jones J., Jones W., 2006).
С разработкой дискретного квазитомографического метода (Sidorov, Kalabanov, 2001; 2003), опирающегося на микропотоковую гипотезу, появилась возможность исследовать орбитальную структуру микропотоков - коррелированных образований спорадического метеорного комплекса и парциальных роев, определяющих тонкую структуру метеорных потоков. Поскольку этот метод новый и не вошел пока в повседневный инструментарий исследователей метеоров, кратко напомним основные положения этого подхода.
Спорадические метеоры есть результат эволюции метеорного вещества, доставляемого кометами и астероидами, и постольку являются спорадическими, поскольку не определены их "родственные" связи. Генетическая детерминированность спорадического комплекса скрыта многочисленностью недостаточно известных источников и не вполне изученными механизмами эволюции. Поэтому, с увеличением чувствительности и разрешающей способности наблюдательных средств и методов, обнаруживаются все новые коррелированные фрагменты неизбежно неоднородного спорадического комплекса. Эти фрагменты проявляют себя как самые малые потоки, которые можно наблюдать, используя конкретную технику и метод.
Даже если бы спорадический метеорный комплекс был полностью однороден и представлял собой многомерный пуассоновский процесс, селективность условий наблюдения в разное время суток и сезона внесла бы в него свою долю корре-лированности. Более того, для многомерного пуассоновского процесса характерны группирования, частота появления которых растет с увеличением интенсивности потока и элементарного объема группирования. Такие группирования будут восприниматься аппаратурой как малые метеорные потоки, поскольку все метеоры в них будут иметь координаты радиантов, скорости и эпохи, близкие в пределах элементарного объема группирования. Поэтому распределение частот появления таких "малых потоков" во времени и в пространстве будут отражать соответствующие распределения спорадического комплекса, деформированные методической, аппаратурной, астрономической и физической селективностью измерений. Чем больше чувствительность аппаратуры, тем больше доля пуассоновских группирований, однако требуются дополнительные исследования для того, чтобы отличить пуассоновские группирования от одиночных фрагментов слабых метеорных потоков.
Метеорный радар с угломером не может определять индивидуальные радианты метеоров (Gill, Davice, 1956; Voloshchuk и др., 1985), однако дискретный квазитомографической метод позволяет определять усредненные радианты и скорости метеоров внутри выделенного дискретного элемента группирования. Такой дискретный элемент мы назвали микропотоком на том основании, что пороговая интенсивность его выделения метеорным радаром приблизительно в миллион раз меньше радарной интенсивности самых крупных потоков. Такому микропотоку можно сопоставить и микророй с соответствующей орбитой. Соответственно, одиночные микропотоки могут быть либо фрагментами неоднородной структуры спорадического комплекса, либо малыми метеорными потоками, либо фрагментами пылевого окружения близко к Земле пролетающих или падающих на нее малых тел. Если обнаруженные микропотоки сами группируются (Sidorov и др., 2005), и орбиты микропотоков в этих группированиях (микророи) обнаруживают свойства, характерные для метеорных потоков, то их принадлежность к метеорным потокам становится более определенной. В этом случае можно считать, что наблюдаются ветви или парциальные (составляющие) рои малых или больших метеорных потоков. То, что метеорный поток распадается на несколько парциальных микророев, есть естественное следствие неоднородной структуры расходящегося пучка орбит метеорного потока и пороговых условий обнаружения микропотоков. Такой подход позволяет изучать метеорный комплекс без аппаратурного и методического разделения на спорадические и потоковые метеоры.
Интересно сравнить полученные таким способом данные с теми данными, которые были получены на основе анализа измерений индивидуальных метеорных отражений. В данной работе мы представляем фрагмент наблюдаемой орбитальной структуры метеорного комплекса по годовому циклу радарных наблюдений, демонстрирующий сезонные изменения наблюдаемых распределений афелийных расстояний микропотоков. Наиболее известен длительный цикл измерений индивидуальных радиантов и скоростей метеоров (и соответственно орбит) в Харькове, в котором регистрировались спорадические метеоры и были выделены малые метеорные потоки. Для сравнения мы представили наши результаты в виде, в котором представлены аналогичные данные в книге (Voloshchuk и др., 1989).
ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОД АНАЛИЗА
Метеорный радар Казанского государственного университета (Макаров и др., 1981) работал на частоте 32 МГц с импульсной мощностью 100 кВт
Рис. 1. Апексная система координат.
и длительностью импульса 100 мкс на антенну с двумя синфазными 5-элементными антеннами "волновой канал". Он был оснащен пятью полноповоротными фазометрическими (3-элементными) антеннами. Все антенны каждые 15 мин меняли свою ориентацию по четырем сторонам света для обеспечения максимального обзора небесной сферы.
С 1986 по 1992 гг. осуществлялся непрерывный мониторинг метеорной активности. Затем наблюдения проводились сессиями по 3-6 месяцев вплоть до 2002 г. Затем были изменены параметры радара и астрономические наблюдения прекратились из-за прекращения финансирования.
Измерялись угловые координаты регистрируемых метеорных следов ионизации с погрешностью не более 1° и скорости метеоров, которые вычислялись по дифракционным колебаниям амплитуды отражений, возникающих при формировании метеорного следа. Использовался метод Дьякова (Дьяков, 1971), который определял скорости мини-мально-квадратическим приближением дифракционных колебаний амплитуды к интегралу Френеля с учетом амбиполярной диффузии, с оценкой скорости метеора и ее стандартного отклонения. Метеор
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.