Исследователи Томского госуниверситета построили новую модель движения для полутора тысяч астероидов. Это объекты, чьи орбиты пролегают рядом с нашей планетой и газовым гигантом Юпитером. Ученые выяснили, какие силы обязательно нужно принимать во внимание, чтобы не ошибиться в расчетах, сообщает пресс-служба вуза.
Подробностями работы поделилась профессор кафедры астрономии и космической геодезии физического факультета Томского государственного университета Татьяна Галушина. Исследование выполнили сотрудники вуза и Научно-исследовательского института прикладной математики и механики ТГУ.
«Целью исследования был подбор оптимальной модели сил. Теперь мы работаем над следующим этапом государственного задания. Одна из задач — получить оценки вероятности столкновения ряда астероидов с Землей», — пояснила Татьяна Галушина.
Изначально в выборку попало более четырех тысяч объектов. Ученые отобрали те из них, чьи самые дальние от Солнца точки орбит лежат вблизи траектории Юпитера. Гравитация этой планеты способна резко вытолкнуть астероид в сторону Земли. Численное моделирование позволило проследить эволюцию орбит, после чего список сократился до 1 408 небесных тел. Все они либо уже относятся к категории околоземных, либо регулярно проходят мимо Юпитера.
Оказалось, что на траекторию объектов заметно влияет не только притяжение Солнца, планет и Луны. Существенный вклад вносят три крупнейших тела Главного пояса — Церера, Паллада и Веста. Оставлять их за скобками при точных прогнозах нельзя. Помимо этого, расчеты необходимо вести в рамках теории Эйнштейна. Вблизи массивного Солнца пространство-время искривляется, и эта релятивистская поправка становится ощутимой. Само светило исследователи рассматривали не как идеальный шар или точку, а как сжатый эллипсоид.
Отдельный блок работы посвятили негравитационным силам. Первая из них — световое давление. Поток солнечных фотонов буквально толкает космическую глыбу. Для половины из 113 астероидов, чьи размеры и отражающая способность известны, этот эффект оказался значимым.
Второй фактор — эффект Ярковского. Он работает как слабый, но постоянный двигатель: днем поверхность нагревается, а ночью переизлучает тепло, слегка разгоняя или притормаживая тело. Для пяти хорошо изученных объектов томские астрономы подтвердили: этот эффект обязательно нужно включать в модель. Для остальных учет влияния провели с помощью специального численного метода. Выяснилось, что для 71% тел история наблюдений пока слишком короткая — менее 300 суток, поэтому их орбиты определены неточно. Зато для астероидов с долгим сроком слежения, в том числе для 16 нумерованных, полученные значения укладываются в теоретические рамки. Независимый аналитический метод подтвердил эти цифры.
Практическая польза исследования заключается в двух направлениях. Первое — это астероидная безопасность Земли. Чем точнее модель, тем вернее прогноз вероятности и времени возможного столкновения. Второе — планирование космических миссий. Когда зонд отправляют за грунтом или пытаются изменить орбиту объекта, пренебрегать даже малыми силами нельзя.
Для обработки большого объема данных ученые задействовали собственное программное обеспечение. Моделирование движения с учетом сложных возмущений и оценку эффекта Ярковского ведут на комплексе «ИДА», разработанном под руководством Татьяны Галушиной. Автоматический поиск физических характеристик объектов по базам Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) выполняет программа «AstroScan». Она формирует запросы, фильтрует данные и выдает результат в текстовом файле. Этот инструмент создал студент физического факультета с помощью искусственного интеллекта в рамках выпускной бакалаврской работы.
