АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2008, том 42, № 1, с. 20-29
УДК 521.1
ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ АСТЕРОИДА 99942 АПОФИС
© 2008 г. Л. Л. Соколов, А. А. Башаков, Н. П. Питьев
С.-Петербургский государственный университет Поступила в редакцию 31.01.2007 г. После исправления 18.05.2007 г.
Астероид Апофис обратил на себя внимание специалистов сразу после его открытия в 2004 г. Причина в том, что первоначально определенная его орбита допускала столкновение с Землей в 2029 г. Имея размеры порядка нескольких сот метров, при соударении с Землей Апофис может вызвать крупную региональную или даже глобальную катастрофу. Уточненная на сегодняшнее время траектория Апофиса исключает столкновение 2029 г., астероид пройдет на расстоянии примерно 37 тыс. км от центра Земли. Однако возможны тесные сближения или соударения и после 2029 г., и самое вероятное из них в 2036 г. В настоящий момент возможность соударения 2036 г. хорошо известна специалистам и активно изучается. В данной работе рассматриваются особенности движения астероида, связанные со сближением 2029 г., а также возможным тесным сближением 2036 г. При сближениях происходит рассеяние траекторий, с рассеяниями связана потеря точности. В результате после 2036 г. траектория астероида Апофис может стать недетерминированной. Это значит, что в настоящее время однозначно определить ее невозможно. Несмотря на ничтожно малую вероятность такого развития событий, интересно исследовать множество альтернативных вариантов тесных сближений и соударений Апофис с Землей сразу после 2036 г. Обсуждаются эффекты малых вариаций скорости астероида в разные моменты времени после ударного взаимодействия с некоторой массой.
PACS: 96.30.Ys
ВВЕДЕНИЕ
Астероид Апофис был открыт в 19 июня 2004 г. в национальной обсерватории Китт-Пик, расположенной в Аризоне. Объект получил наименование 2004 МНф, наблюдения вели в течение двух ночей, после чего астероид потеряли. Затем он был найден 18 декабря того же года австралийскими астрономами. Прогноз движения показал возможное крайне тесное сближение с Землей в апреле 2029 г., и он попал в список потенциально опасных астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ). Наблюдения в последующие дни позволили улучшить орбиту, при этом вероятность столкновения с Землей увеличилась и достигла 2.7%. С учетом размеров, известных на тот момент (300-400 м), астероиду было присвоено четыре балла из десяти по Туринской шкале и 1.10 по шкале Палермо, оценивающих опасность сближающихся астероидов. Это самые большие значения, присвоенные небесному телу с момента создания службы слежения за астероидами и оценки их опасности.
27 декабря при дополнительном исследовании были найдены ранние наблюдения астероида 15 марта 2004 г. Новая рассчитанная орбита проходила ближе к Земле, но имела много меньшие ошибки, что позволило практически исключить возможность столкновения 2029 г. (вероятность получалась равной 0.004%е).
Дальнейшее повышение точности орбиты было связано с радарными наблюдениями. Наблюдения
27, 28, 30 января значительно улучшили орбиту и полностью закрыли вопрос о столкновении 2029 г.
После улучшения орбиты объект перешел в класс нумерованных астероидов и 24 июня 2005 г. получил постоянный номер 99942. Тесное сближение с Землей дало право астероиду получить собственное имя. 19 июля 2005 г. астероид получил имя Апофис. Апофис - греческое имя древнеегипетского бога Апоп - разрушитель. На данный момент астероид принадлежит к объектам класса астероида Атон, то есть имеет большую полуось меньше 1 а. е., а после сближения 2029 г. перейдет в класс астероида Аполлон с полуосью больше 1 а. е. В настоящее время Апофис ушел из области, в которой он мог наблюдаться оптическими или радарными методами, и новые наблюдения станут возможными в 2012-2013 гг. (О^еу, 2005). Последние наблюдения астероида относятся к августу 2006 г.
С момента открытия Апофис стал объектом многочисленных исследований. Так, в работе Виноградовой (2005) рассмотрено влияние ошибок начальных данных на размеры области ошибок в проекции на плоскость мишени, а также вопрос о выборе коэффициента расширения эллипсоида ошибок (3а или 4а). Были получены размеры и положение эллипсоида ошибок в проекции на плоскость мишени. Был подтвержден вывод о том, что столкновение с Землей в 2029 г. исключено.
В работе Заботина и др. (2005) рассматриваются размеры и положение проекции эллипсоида рассеивания на плоскость цели, но уже по орбите,
построенной авторами статьи. Было получено, что в пределах ошибок 4а проекция отстоит от Земли на 23400 км и столкновение исключено, номинальная орбита проходила на расстоянии 36500 км от центра Земли.
Параметры орбиты астероида Апофис и их ошибки обсуждались также в докладе Ягудиной и Шора (2005). Авторами были определены начальные прямоугольные координаты и скорости, а также существенно улучшена точность начальных данных (ошибка координат 1-3 км, скоростей 1-2 мм/с).
На конференции по астероидной опасности в Италии в апреле 2006 г. астероиду Апофис был посвящен целый день. В доложенной там работе (Shor, Yagudina, 2006) рассмотрены возможные сближения с Землей после 2029 г., связанные с резонанса-ми. Наиболее вероятный резонанс 7/6 ведет к столкновению в 2036 г., при этом соответствующие начальные данные надежно лежат в внутри области ошибок. Другой резонанс 8/7 ведет к сближению в 2037 г., однако он гораздо менее вероятен, отклонения начальных данных для его реализации превышают 3а. В докладе (Harris, 2006) на примере Апо-фис делались прогнозы о повышении точности орбиты со временем и способах предотвращения столкновения в 2036 г. Отмечалась эффективность изменения орбиты астероида до сближения с Землей в 2029 г.: того же эффекта можно достичь существенно меньшими средствами, чем на временном интервале после тесного сближения в 2029 г.
В работе Соколова и Елькина (1995) сделан вывод о том, что перед соударением с планетой АСЗ обычно имеет с ней ряд сближений. Движение астероида Апофис может служить иллюстрацией этой закономерности.
ДВИЖЕНИЕ АСТЕРОИДА АПОФИС ДО 2036 ГОДА
На персональной странице астероида Апо-фис http://newton.dm.unipi.it/cgi-bin/neodys/neoi-bo?objects:Apophis;main приводятся обновляемые значения орбитальных элементов на некоторую эпоху T0 и их средние ошибки (1а). В табл. 1 приводятся данные с сайтов http://newton.dm.uni-pi.it/cgi-bin/neodys/neoibo?objects:Apophis;main и http://neo.jpl.nasa.gov/cgi-bin/db?name=99942 опубликованные там 18 мая 2006 г. Для сравнения в табл. 2 приведены аналогичные данные от 15 апреля 2006 г. (на одно радарное наблюдение меньше). Ниже мы как правило пользовались начальными данными, опубликованными 18 мая 2006 г.
Для исследования движения астероида мы использовали интегратор Эверхарта (Everhart, 1974) с учетом влияния 9 больших планет и Луны. Вычисления проводились в барицентрической экваториальной системе координат ICRF, эпоха J2000.0. При
Таблица 1. Параметры орбиты астероида Апофис (опубликованы 18.05.2006). T0 =2453800.5 (6 марта 2006 г.)
Элемент Значение
a, a. e. 0.9223959064271 ± 0.000000025
e 0.1910399993236 ± 0.000000078
i, град 3.3312247594672 ± 0.0000020
Q,град 204.4621835411770 ± 0.00011
ю, град 126.3557631079340 ± 0.00011
M, град 222.2729083070110 ± 0.0000165
Таблица 2. Параметры орбиты астероида Апофис (опубликованы 15.04.2006). T0 =2453800.5 (6 марта 2006 г.)
Элемент Значение
a, a. e. 0.9223958892892 ± 0.000000032
e 0.1910400427675 ± 0.000000091
i, град 3.3312244971698 ± 0.0000021
Q,град 204.4622005034470 ± 0.00011
ю, град 126.3557455161920 ± 0.00011
M, град 222.2729187752720 ± 0.000021
расчетах использовались параметры интегратора: NOR = 15, LL = 10, NI = 2.
Для получения положений больших планет и Луны в процессе интегрирования использовались три численные динамические эфемериды: DE403 (Standish и др., 1995), DE405 (Standish, 1998), созданные в Калифорнийском технологическом институте (США) группой E.M. Standish, и EPM2004 (Питье-ва, 2004), созданной в Институте прикладной астрономии РАН группой Г.А. Красинского.
Использование различных теорий движения больших планет позволяет вести контроль за точностью получаемых траекторий астероида, а также исследовать влияние на эту точность ошибок эфемерид планет.
Как пример в табл. 3 и 4 иллюстрируются различия траекторий Апофис, вычисленных с применением разных теорий движения больших планет, с начальными данными на 18.05.2006 и на 24.03.2006. В таблицах приведены названия теорий и соответствующие им параметры орбиты астероида - минимальное расстояние астероид-Земля и момент сближения. Видно, что отличия минимальных геоцентрических расстояний в 2029 г. по разным теориям движения планет составляют несколько десятков километров. Эта величина много меньше, чем эффект, получающийся из ошибок параметров орбиты, дающихся на сегодняшний день. Однако к 2036 г. отличия переходят в миллионы километров, а это уже значительные величины.
Таблица 3. Сравнение траекторий Апофис, вычисленных по разным теориям, с начальными данными, опубликованными 18 мая 2006 г.
Сближение 13 апреля 2029 г. 2036 г.
Параметр Мин. расст. (км) Время (ТББ) Мин. расст. (км) Время (ТББ)
БЕ403 37601.26 21:45:32.75 30280253. 01.04 - 4:53:11.82
БЕ405 37627.44 21:45:32.75 31296580. 31.03 - 21:18:18.92
ЕРМ2004 37660.92 21:45:32.75 32607470. 31.03 - 17:30:47.72
Таблица 4. Сравнение траекторий Апофис, вычисленных по разным теориям, с начальными данными, опубликованными 24 марта 2006 г.
Сближение 13 апреля 2029 г. апрель 2036 г.
Параметр Мин. расст. (км) Время (ТББ) Мин. расст. (км) Время (ТББ)
БЕ403 БЕ405 ЕРМ2004 37191.97 37218.13 37251.58 21:45:25.83 21:45:25.83 21:45:25.83 14223124. 15261100. 16600758. 6 - 14:29:11.82 6 - 5:12:46.86 5 - 11:35:24.20
Таким образом, на данный момент различие результатов, полученных по разным планетным эфемеридам, существенно меньше ошибок, возникающих из-за неточности параметров орбиты астероида. Но когда будет построена достаточно точная орбита Апофис и ошибки минимального расстояния в 2029 г. станут порядка километра, придется учитывать ошибки, возникающие из нет
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.