Фізичні параметри плазмових хвостів комет 1р/ Галея, 67р/ Чурюмова-Герасименко, с/1970 n1(Абе), c/1982 m1 (Остин)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Одеський національний університет ім. І. І. Мечникова

УДК 52.864; 52.16; 52.337

Фізичні параметри плазмових хвостів комет 1р/ Галея, 67р/ Чурюмова-Герасименко, с/1970 n1(Абе), c/1982 m1 (Остин)

01.03.02- Астрофізика, радіоастрономія

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук

Шабас Наталія Леонідівна

Одеса 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Астрономічній обсерваторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Науковий керівник:

доктор фізико-математичних наук, професор Чурюмов Клим Іванович, Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ; головний науковий співробітник.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор Комаров Микола Сергійович Астрономічна обсерваторія Одеського національного університету імені І. І. Мечникова, м. Одеса; завідувач відділу;

кандидат фізико-математичних наук Смирнов Володимир Олександрович Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова, м. Одеса; доцент.

Провідна установа

Головна астрономічна обсерваторія Національної академії наук України, м. Київ

Захист дисертації відбудеться: 10.01.2003 р. о 14 й годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 41.051.04 при Одеському національному університеті ім. І.І. Мечникова за адресою: 65026, м. Одеса, вул. Дворянська, 2, Велика фізична аудиторія.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова (вул. Преображенська, 24)

Автореферат розісланий 06.12.2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор фіз.-мат. Наук Каім С. Д.

комета хвіст плазмовий фотометричний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. При наближенні комет до Сонця у них з'являються хвости різних типів, які складаються з плазмової, газової та пилової речовини. У плазмових хвостах часто відбуваються нестаціонарні фізичні процеси, внаслідок чого в них утворюються пекулярні структури: конденсації, промені, хвильові структури, а також відбуваються рідкісні явища відриву хвоста. Саме дослідження плазмових хвостів комет призвело до відкриття існування сонячного вітру. Плазмові хвости утворюються завдяки взаємодії кометних іонів із потоком заряджених частинок, який витікає з корони Сонця сонячним вітром. Внаслідок цього, фізичний стан плазмового хвоста комети повинен залежати як від власних фізичних характеристик комети, так і від фізичних умов у міжпланетному середовищі. Дослідження плазмових хвостів комет, вивчення зв'язків між фізичними умовами у хвості та сонячному вітрі дають змогу використовувати комети як космічні зонди. Безпосереднє отримання інформації про міжпланетний простір за допомогою космічних апаратів наразі ще не є достатнім, особливо на далеких відстанях від площини екліптики та від Сонця. Крім того, космічні експерименти вимагають дуже великих фінансових витрат. Тому, на сьогодні поки що, комети є основним джерелом інформації про фізичні умови у міжпланетному середовищі на великих геліоцентричних відстанях та на великих геліографічних широтах.

На даний час існує велика база даних цінних наземних спостережень комет. Космічний апарат (ICE) пролетів у 1985 році крізь плазмовий хвіст комети 21Р/Джакобіні-Цінера, у 1986 р. пять космічних апаратів (два японських космічних апарати Суісей і Сакагакі, два радянських космічних апарати “Вега-1” та “Вега-2” і зонд Європейського космічного агенства “Джотто” провели дослідження голови та навколоядерної ділянки комети 1Р/Галея, у 1996 р. відбувся прольот космічного апарата Ulysses крізь плазмовий хвіст комети С/1995 Y1 (Хйякутакі) (на великий відстані від її ядра). Головною метою майбутньої космічної місії Rosetta (запуск космічного апарата відбудеться у 2003 році) є дослідження комети 46Р/Віртанен, до яких входять і плазмові проекти. Існують теоретичні моделі, що дають можливе пояснення процесам та специфічним утворенням у плазмових хвостах комет. Але для виявлення законів реакції фізичного стану плазмового хвоста комети на зміни фізичних умов у сонячному вітрі, перевірки існуючих та створення нових більш точних моделей потрібно отримувати інформацію про фізичні параметри плазмових хвостів комет, що безпосередньо спостерігалися у значний період часу, та порівнювати її з даними про фізичний стан міжпланетного простору і про рівень сонячної активності. Для одержання таких результатів необхідно використовувати найбільш адекватну теоретичну модель, що дає змогу визначати фізичні параметри плазмових хвостів комет при певній обробці даних спостережень. На сьогодні такою моделлю плазмових хвостів комет є тільки дифузійна модель Г. К. Назарчук та Л. М. Шульмана. Але даних про фізичні параметри плазмових хвостів конкретних комет ще дуже мало. Автори моделі дослідили за її допомогою фізичні умови у плазмовому хвості комети Аренда-Ролана (C/1956 R1) (один момент спостереження, 4 променя плазмового хвоста). До публікацій, які відносяться до даної дисертаційної роботи, відома ще лише одна публікація китайських астрономів стосовно дослідження плазмового хвоста комети 1Р/Галея (один момент спостереження) за допомогою дифузійної моделі. Зараз накопичена велика кількість якісних спостережень плазмових хвостів комет (в тому числі і в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка), які дозволяють одержати цінну інформацію про фізичні параметри плазмових хвостів комет та міжпланетного середовища на значних інтервалах геліоцентричних відстаней і геліографічних широт.

Тому необхідним і актуальним є подальше дослідження фізичних умов у плазмових хвостах комет, знайдення зв'язку зміни їх середніх (для кожного моменту спостережень) фізичних параметрів залежно від фізичних умов у міжпланетному просторі та від рівня активності Сонця, вивчення розвитку фізичних умов у нових плазмових хвостах комет, що знов утворилися після відриву. Розв'язання цих питань дасть змогу наблизитись до можливості з інформації про фізичний стан плазмових хвостів комет отримувати дані про фізичні параметри сонячного вітру, про залежність фізичних умов у плазмових хвостах комет від рівня сонячної активності, а також вдосконалювати існуючі моделі утворення та розвитку плазмових хвостів комет.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на Астрономічній обсерваторії Київського Національного університету імені Тараса Шевченка за темами № 97002 “Астероїдно-кометна небезпека та взаємодія космічних тіл з атмосферами планет та сонячною радіацією” (січень 1997 грудень 2000, номер держреєстрації 0197U003012) та № 01БФ023-03 “Астероїдно-кометна небезпека, фізика комет, взаємодія космічних тіл з атмосферами планет та доплив космічної речовини на Землю” (січень 2000 грудень 2005, номер держреєстрації 0101U002167) в межах комплексної наукової програми Київського Національного університету імені Тараса Шевченка “Астрономія та фізика космосу”.

Мета і задачі дослідження. Мета даного дослідження обчислення фізичних параметрів плазмових хвостів комет та порівняння їх змін із зміною фізичних параметрів сонячного вітру, зміною рівня активності Сонця, а також аналіз їх розвитку під час процесу відриву плазмових хвостів комет і утворення нових.

Для цього були поставлені такі задачі:

Провести необхідну фотометричну обробку плазмових хвостів комет 1Р/Галея (5 моментів спостережень), 67Р/Чурюмова-Герасименко (2 моменти спостереження), C/1970 N1 (Абе) (24 моменти спостережень) і C/1982 M1 (Остин) (15 моментів спостережень).

Побудувати поздовжні та поперечні фотометричні профілі плазмових хвостів комет 1РГалея (5 моментів спостережень), 67/Чурюмова-Герасименко (2 моменти спостереження), C/1970 N1 (Абе) (24 моменти спостережень) і C/1982 M1 (Остин) (15 моментів спостережень).

Побудувати теоретичні профілі плазмових хвостів комет згідно дифузійної моделі.

Отримати параметри дифузійної моделі для плазмових хвостів кожної комети для всіх вказаних моментів спостережень.

Отримати середні фізичні параметри (прискорення та час існування флуоресцуючих частинок, поздовжній D та поперечний D коефіцієнти дифузії, можливі межі індукції магнітного поля В) плазмових хвостів комет 1РГалея, 67Р/Чурюмова-Герасименко, C/1970 N1 (Абе) і C/1982 M1 (Остин).

Проаналізувати отримані результати, використовуючи дані досліджень космічними апаратами комет, сонячного вітру та дані про сонячну активність.

Представити зміну індукції магнітного поля у плазмовому хвості комети, що утворився після відриву, у вигляді певного фізичного процесу (згідно отриманих даних по кометі 1P/Галея).

Перевірити можливість впливу сонячних спалахів на фізичні умови у плазмових хвостах комет C/1970 N1 (Абе) та C/1982 M1 (Остин).

Наукова новизна одержаних результатів.

Побудовано фотометричні профілі (поздовжні і поперечні) плазмових хвостів усіх комет (для кожного моменту спостереження), що були вказані у меті дослідження.

Розроблено новий алгоритм для розрахунків модельних кривих поверхневої яскравості плазмових хвостів комет із заданою точністю.

Обчислені фізичні параметри плазмових хвостів комет 1РГалея (5 моментів спостережень), 67Р/Чурюмова-Герасименко (2 моменти спостереження), C/1970 N1 (Абе) (24 моменти спостережень), C/1982 M1 (Остин) (15 моментів спостережень).

Вперше розраховані параметри магнітного поля плазмового хвоста комети, який знов утворився після відриву (1РГалея).

Вперше представлено зростання індукції магнітного поля у плазмовому хвості комети, що знов утворився після відриву, у вигляді експоненціального виразу з певним часом релаксації.

Вперше досліджено зв'язок варіацій фізичних параметрів плазмових хвостів комет із зміною індексів сонячної активності.

Одержано новий результат відносно існування впливу сонячних спалахів на фізичні умови у плазмових хвостах комет.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати дисертаційної роботи розширюють знання про природу плазмових хвостів комет. Результати можуть бути використані для подальшого вивчення фізичних умов у плазмових хвостах комет, відкриття законів їх зміни залежно від зміни фізичних умов у міжпланетному просторі та коливань сонячної активності. Знайдено співвідношення, що характеризує розвиток магнітного поля у знов утвореному після відриву плазмовому хвості комети. Ця формула може використовуватись для подальших теоретичних досліджень, в тому числі, перевірки гіпотез щодо причини явищ відриву хвоста. Запропонований в роботі параметр впливу сонячних спалахів на фізичний стан плазмових хвостів комет виявив кореляцію з індукцією магнітного поля плазмових хвостів комет C/1970 N1 (Абе) та C/1982 M1 (Остин). Цей параметр може використовуватись для подальших досліджень зв'язку між вказаними процесами на Сонці та фізичними умовами у плазмових хвостах комет. Розроблений новий алгоритм знайдення фізичних параметрів плазмових хвостів комет за допомогою дифузійної моделі використовується зараз для подальших досліджень у Астрономічній обсерваторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка і Головній Астрономічній Обсерваторії Національної академії наук України.

Особистий внесок здобувача. Здобувач здійснила:

фотометрію плазмових хвостів комет 1Р/Галея (2 моменти спостережень після явища відриву) та 67Р/Чурюмова-Герасименко;

побудову фотометричних профілів плазмових хвостів комет 1РГалея, 67Р/Чурюмова-Герасименко, C/1970 N1 (Абе) та C/1982 M1 (Остин) для всіх моментів спостережень;

розробку програмного забезпечення для використання дифузійної моделі та вирішення інших поставлених задач;

побудову теоретичних кривих блиску поверхневої яскравості плазмових хвостів комет;

порівняння фотометричних профілів плазмових хвостів комет із теоретичними та знайдення параметрів дифузійної моделі;

розрахунки фізичних параметрів плазмових хвостів комет 1РГалея, 67Р/Чурюмова-Герасименко, C/1970 N1 (Абе), C/1982 M1 (Остин) (усі моменти спостережень);

аналіз обчислених фізичних параметрів (проведено спільно з науковим керівником проф. К. І. Чурюмовим);

знайдення експоненціального зростання індукції магнітного поля у знов утвореному після відриву плазмовому хвості комети 1P/Галея та фізичну інтерпретацію параметрів формули (спільно з науковим керівником проф. К. І. Чурюмовим);

порівняння отриманих фізичних параметрів плазмових хвостів комет із результатами досліджень космічних апаратів та з даними про сонячну активність;

виявлення можливого впливу сонячних спалахів на фізичні умови у плазмових хвостах комет.

Апробація результатів дисертації. Результати, подані у дисертаційній роботі, доповідалися на наукових семінарах відділу “Малих тіл Сонячної системи” Астрономічної обсерваторії Київського національного університету ім. Тараса Шевченка, а також на таких конференціях: IV Бредихінських читаннях у вересні 1992 р., Заволжськ-Щеликово; 30 міжнародному астрофізичному Льєжському колоквіумі “Спостереження та фізичні особливості малих тіл Сонячної системи” у Льєжі (Бельгія); 24 (жовтень 1992 р.) та 25 (жовтень 1993 р.) з'їздах Американського астрономічного товариства (відділення науки про планети); Третіх (1995 р.) та Четвертих (2000 р.) міжнародних Всехсвятських читаннях у Києві; міжнародній конференції “ACM 96, COSPAR Colloq. 10” у Франції (Версаль, 1996 р.); 4-ій відкритій конференції молодих вчених з астрономії та фізики космосу у Києві (квітень, 1997 р.); IІІ з'їзді УАА (Київ, 1997); міжнародній конференції пам'яті Астаповича "АІСТ-98"; міжнародній конференції КАММАК-99 у Вінниці (1999 р.); міжнародній конференції JENAM 2001 у Мюнхені, Німеччина (вересень 2001 р.); міжнародній конференції “Asteroids, Comets, Meteors” в Німеччині (Берлін, липень-серпень 2002 р.); міжнародній конференції КАММАК-2002 у Вінниці (2002 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації протягом 1992-2002 рр. опубліковано 24 роботи: 7 у фахових виданнях (з них 2 самостійні), 6 статей у Кометних циркулярах та Трудах міжнародних конференцій, 11 тез та абстрактів міжнародних конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 4 розділів (перший з яких присвячений огляду літератури про плазмові хвости комет), висновків та списку використаних джерел (нараховує 197 найменувань). Повний обсяг дисертації складає 183 сторінки, з них 21 сторінка список використаних джерел. Дисертаційна робота вміщує 61 рисунок та 9 таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. Обґрунтовано необхідність та актуальність вивчення фізичних умов у плазмових хвостах комет. Сформульовано мету і задачі дослідження, відображено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, вказано особистий внесок здобувача. Наведені відомості про апробації та публікації результатів роботи за темою дисертації.

Розділ 1. “Плазмові хвости комет”. Розділ містить огляд публікацій, присвячених дослідженням процесів утворення плазмових хвостів комет, їх хімічного складу та особливостей (існування променів, конденсацій, хвильових утворень і т. п.), а також дослідженням відривів плазмових хвостів комет та можливих причин цих великомасштабних явищ.

Розділ 2. “Методи досліджень плазмових хвостів комет”. Плазмові хвости комет відрізняються великою складністю структури та явищ, різноманітністю діючих фізичних механізмів. Дослідження фізичних умов та процесів у плазмових хвостах комет потребують спостереження цих космічних обєктів, обробки отриманих даних, використання теоретичних моделей для визначення фізичних параметрів плазмових хвостів та пояснення їх особливостей, безпосереднього отримання інформації за допомогою космічних апаратів. Ці методи досліджень розглянуто у даному розділі.

Особливо докладно наведена та проаналізована дифузійна модель Г. К. Назарчук та Л. М. Шульмана, яка відноситься до класу моделей-алгоритмів для отримання інформації із матеріалів спостережень і застосовується в даній дисертаційній роботі. В цій моделі утворення плазмового хвоста комети представлено у вигляді процесів дифузії і зносу в хвіст. Ядро комети із прилеглою до нього областю вважається точковим джерелом речовини; функція Гріна для миттєвого джерела є функцією для анізотропної дифузії експоненціально зникаючих часток. Параметри моделі (Г безрозмірний параметр прискорення, L, L поздовжній і поперечний масштаби) знаходять при порівнянні поздовжніх та поперечних фотометричних розрізів плазмового хвоста досліджуваної комети з відповідними теоретичними профілями. Через знайдені параметри моделі робиться оцінка можливих меж прискорення та часу існування флуоресцуючих часток, поздовжнього та поперечного коефіцієнтів дифузії, магнітного поля плазмового хвоста комети, що дозволяє отримувати та аналізувати можливі фізичні умови у плазмових хвостах комет.

У формулу для визначення поверхневої яскравості входить невласний інтеграл, чисельні методи визначення якого потребують великих об'ємів розрахунків. Такі розрахунки, отримані в роки створення моделі, були зроблені з недостатньою точністю, що повязано із складністю обчислень невласного інтеграла на електроннообчислювальних машинах у той період. В дисертаційній роботі теоретичне значення поверхневої яскравості кожної точки плазмового хвоста комети визначалось за допомогою нової програми, в якій інтеграл визначається з високою точністю (10^-5). Детальний опис алгоритму цієї програми наведено у даному розділі. Розроблена нова програма розрахунків теоретичних профілів дифузійної моделі плазмових хвостів комет дозволяє з більшою достовірністю інтерпретувати результати вивчення фізичних умов у плазмових хвостах комет, отримані за допомогою розглянутої теоретичної моделі, і використовується зараз для подальших досліджень в Астрономічній обсерваторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка і Головній Астрономічній Обсерваторії Національної академії наук України.

Матеріали, викладені у даному розділі, опубліковані в 1, 2, 5, 7.

Розділ 3. “Фізичні умови в плазмових хвостах комет 1Р/Галея та 67/Чурюмова-Герасименко”. У даному розділі наведені результати дослідження фізичних умов у плазмовому хвості комети 1P/Галея (5 моментів спостережень: грудень, 1985р. 12.647 UT, 16.634 UT, 17.624 UT; січень, 1986 р. 7.551 UT (зареєстровано явище відриву хвоста), 8.576 UT) та плазмовому хвості короткоперіодичної комети 67Р/Чурюмова-Герасименко (2 моменти спостереження: січень, 1983 р. 12.105 UT, 13.124 UT).

За допомогою дифузійної моделі визначені прискорення та час існування флуоресцуючих часточок, поздовжній D та поперечний D коефіцієнти дифузії, можливі межі індукції магнітного поля плазмових хвостів цих комет для всіх вказаних моментів спостережень. На основі результатів спостережень за 7, 8 січня 1986 р. досліджувався знов утворений після відриву плазмовий хвіст комети 1Р/Галея.

Проведено роботу із знімками комети 1Р/Галея, які були отримані К.І. Чурюмовим на 1-м телескопі Цейса в Асах (Казахстан) (3 перші моменти спостережень) та К.І. Чурюмовим, Д.І. Городецьким і Д.А. Рожковським на 50-см менісковому телескопі системи Максутова Астрофізичного інститута Академії Наук Казахстана на Каменському плато (Алма-Ата) (знімки за 7 та 8 січня 1986 р.). Досліджувалися перші в світі знімки комети на найбільшому (у той час) в світи телескопі оригінальні фотопластинки комети 67P/Чурюмова-Герасименко, які були отримані К. І. Чурюмовим та І. Д. Караченцевим на шестиметровому телескопі БТА (САО РАН). Хвіст комети 67P/Чурюмова-Герасименко (знімки за 12 і 13 січня 1983 року) та хвіст комети 1Р/Галея на фотопластинках за 7 та 8 січня 1986 р. фотометрувалися автором дисертації на мікрофотометрі МФ-4, модифікованому Ф.І. Кравцовим. Наведені зроблені в дисертаційній роботі необхідні фотометричні редукції. При дослідженні фізичних умов у плазмовому хвості комети 1Р/Галея 12, 16 та 17 грудня 1985 р. використовувалися фотометричні дані, отримані Ю. В. Сизоненко. Для дослідження плазмового хвоста комети 1Р/Галея, що знов утворився після відриву (знімки за 7 та 8 січня 1986 р.), враховувалось проекційне викривлення. Для визначення параметрів дифузійної моделі проведено порівняння фотометричних профілів хвостів досліджуваних комет з теоретично розрахованими (для всіх моментів спостережень). Всі ці поздовжні і поперечні профілі плазмових хвостів (рис.1 один з моментів спостережень комети 1Р/Галея), а також знайдені параметри моделі Г, L, L , наведені у даному розділі.

Фізичні параметри плазмових хвостів комети 1Р/Галея визначались згідно знайдених параметрів дифузійної моделі Г, L, L та можливої нижньої межі прискорення іонів хвоста. В розділі наведені вказані фізичні параметри плазмових хвостів комети 1Р/Галея для всіх 5 моментів спостережень.

Фізичні параметри плазмового хвоста комети 67Р/Чурюмова-Герасименко визначались аналогічно, а також (протилежні межі) з використанням можливого мінімального часу існування флуоресцуючих іонів (одна доба). Результати розрахунків наведені у даному розділі.

Отримані параметри індукції магнітного поля плазмових хвостів досліджуваних комет добре узгоджуються з безпосередніми вимірами космічними апаратами “Вега-1, 2” та “Джото” поблизу комети 1Р/Галея (5075 нТл) і ICE у плазмовому хвості комети 21Р/Джакобіні-Цінера (1060 нТл). Виявлене зростання магнітного поля в плазмовому хвості комети 1Р/Галея, що знов утворився після відриву. Цей процес представлено у вигляді експоненціального підсилення з прямуванням до деякої величини (повинна залежати від характеристик комети та умов сонячного вітру) з певним часом релаксації (приблизно одна доба):

.

При використанні цієї залежності для визначення моменту нульового значення магнітного поля в плазмовому хвості комети 1Р/Галея він співпадає з моментом прольоту кометою секторної границі міжпланетного магнітного поля. Такий висновок робиться як для грудневих, так і для січневих спостережень комети 1Р/Галея. Згідно гіпотези Ніднера та Брандта саме при прольоті кометою секторної границі міжпланетного магнітного поля ініціюється відрив хвоста внаслідок перезєднання силових ліній магнітного поля. Підсилення індукції магнітного поля у плазмовому хвості комети 67Р/Чурюмова-Герасименко також представлено у вигляді експоненціальної залежності. Посередині сектору міжпланетного магнітного поля, де знаходилася комета 1Р/Галея 12 грудня 1985 р., розрахована індукція магнітного поля виявилася найбільшою (39.5нТл197.7нТл), порівняно з результатами обчислень для інших моментів спостережень (від 2.6нТл10.46нТл до 20нТл79.7нТл). Це можна пояснити більшими значеннями зовнішнього магнітного поля, що існує посередині сектору міжпланетного магнітного поля. Більше магнітне поле В=86.5нТл у плазмовому хвості комети 67Р/Чурюмова-Герасименко, ніж у комети 1Р/Галея В=44нТл підтверджується тим, що плазмовий хвіст комети є “замагніченим” пиловим джетом та частково пояснюється більшою сонячною активністю (середні числа Вольфа у періоди спостережень комет: 106 січень 1983 р., 9 грудень 1985 р., січень 1986 р.).

В даному розділі проведено також аналіз інших фізичних параметрів плазмових хвостів комет 67Р/Чурюмова-Герасименко та 1Р/Галея, визначених за допомогою дифузійної моделі.

Результати досліджень, наведених у даному розділі, опубліковані в роботах 1-3, 8-12, 15, 17-20.

Розділ 4. “Звязок зміни фізичних параметрів плазмових хвостів комет C/1970 N1 (Абе) та C/1982 M1 (Остин) із сонячною активністю”. Досліджено фізичні умови у плазмових хвостах комет C1970 N1 (Абе) для періоду з 30.09.1970 р. по 8.10.1970 р. (24 моменти спо-стережень, до перигелію) та C/1982 M1 (Остин) для періоду з 29.08.1982 р. по 25.09.1982 р. (15 моментів спостережень, після перигелію). Проведено роботу із знімками комети C/1970 N1 (Абе) (отримані К.І. Чурюмовим за допомогою камери Шмідта 19/17 см) та комети C/1982 M1 (Остин) (отримані К.І. Чурюмовим, А.К. Алкснисом та В.Д. Дьяконовою на 80-см телескопі Шмідта). Фотометрія проведена Ф.І. Кравцовим. Використано дифузійну модель. Пощукачем побудовані всі фотометричні та теоретичні профілі хвостів, знайдені параметри моделі (наведені у даному розділі). Розраховані фізичні параметри плазмових хвостів комет (наведені в таблицях даного розділу). Фізичні умови в плазмовому хвості комети C/1982 M1 (Остин) змінювалися для всього періоду спостережень після проходження перигелію (серпень, 24.727 UT). Причому, на відміну від постійного зменшення прискорення іонів хвоста =13.567.47 см/с² (внаслідок віддалення комети від Сонця), обчисленого з урахуванням прямолінійності плазмового хвоста, зміни інших фізичних параметрів

виявили коливальний характер. Для значної кількості моментів спостережень комет (особливо у комети C/1982 M1 (Остин)) слід відзначити малий час існування флуоресцуючих іонів плазмових хвостів (10⁵ с).

Досліджено існування зв'язку між зміною фізичних умов в плазмових хвостах комет C1970 N1 (Абе) та C/1982 M1 (Остин) і сонячною активністю. Введено параметр впливу сонячних спалахів SSW на фізичний стан плазмових хвостів комет:

,

де j кількість спалахів, ; S_i площа, 10¹⁸ см²; t_i тривалість, I _i інтенсивність для центра лінії H у одиницях інтенсивності сусіднього з H неперервного

спектру, t_i проміжок часу від максимуму i-го спалаху до моменту спостереження комети. Враховуються всі спалахи (які відбулися у точках з геліографічними координатами проекції комети на Сонце 90) для періоду, в якому вплив здійснюється через ударні хвилі (від спалахів) з мінімально можливою швидкістю поширення (100 км/с) і до впливу через електромагнітне випромінювання. Виявлено існування впливу на фізичний стан плазмових

хвостів комет сонячних спалахів (рис. 2, 3). Для обох комет коефіцієнт кореляції між індукцією магнітного поля плазмового хвоста комети B та параметром SSW, що характеризує вплив сонячних спалахів у періоди спостережень, дорівнює k=0.73. Для комети Остин (С1982 М1) (застосовувався якісний метод порівняння ознак О. В. Добровольского) відношення коефіцієнту кореляції до його стандарту (=0.13) дорівнює . Коефіцієнт кореляції k більш ніж у 3 рази перевищує стандарт , тобто звязок між змінами магнітного поля B плазмового хвоста комети та сонячними спалахами є статистично значимим. З 24 моментів спостережень комети C1970 N1 (Абе) можна виділити 6 груп близьких за моментом спостереження (UT). На рис.3 зображені середні для близьких моментів спостережень значення індукції магнітного поля (a) B плазмового хвоста комети

C1970 N1 (Абе). Спостерігається звязок між змінами магнітного поля в плазмовому хвості комети та введеним параметром впливу сонячних спалахів SSW. Однак не видно реакції магнітного поля хвоста комети C1970 N1 (Абе) на сонячні спалахи для четвертої групи моментів спостережень (жовтень, 1970 р. 3.6253.64 UT ). Це можна пояснити перебуванням комети у цей час поблизу секторної границі міжпланетного магнітного поля. В звязку з цим при розрахунках коефіцієнту кореляції k між B та SSW четверта група спостережень комети C1970 N1 (Абе) не враховувалася. Більш великі значення індукції магнітного поля у плазмовому хвості комети C/1982 M1 (Остин) 46.82 нТл також можна пояснити сонячною активністю. Середні значення числа Вольфа 156, можливого впливу сонячних спалахів SSW688.5 і індукції магнітного поля плазмового хвоста комети C/1982 M1 (Остин) у період спостережень цієї комети мали більші значення, ніж аналогічні параметри у період спостережень комети C1970 N1 (Абе) (74, SSW531.75, 17.94 нТл). Для часу існування флуоресцуючих іонів плазмових хвостів комет спостерігається протилежний ефект: зменшення цього параметра із зростанням сонячної активності.

Результати досліджень, наведених у даному розділі, висвітлені в роботах 4-7, 13,14, 16, 19-24.

Висновки. Наведені основні результати дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведені результати визначення та аналізу фізичних параметрів плазмових хвостів комет 1P/Галея (5 моментів спостережень); 67Р/Чурюмова-Герасименко (2 моменти спостереження), C/1970 N1 (Абе) (24 моментів спостережень) і C/1982 M1 (Остин) (15 моментів спостережень).

1. Визначені фізичні параметри (прискорення , час існування флуоресцуючих часточок, поздовжній D та поперечний D коефіцієнти дифузії, індукція магнітного поля) плазмових хвостів досліджуваних комет. Знайдені значення індукції магнітного поля плазмових хвостів цих комет добре узгоджуються з безпосередніми вимірами космічними апарами “Вега-1, 2” та “Джото” поблизу комети 1P/Галея (5075 нТл) і ICE у плазмовому хвості комети 21Р/Джакобіні-Цінера (1060 нТл). Виявлена залежність фізичних параметрів плазмових хвостів комет від фізичних умов у сонячному вітрі та сонячної активності.

2. На основі дослідження плазмового хвоста комети 1Р/Галея, який знов утворився після відриву (7 та 8 січня 1986 р.), висунута гіпотеза пояснення зміни індукції магнітного поля у хвості перехідним процесом (час релаксації приблизно одна доба) з експоненціальним зростанням вказаного фізичного параметра. Максимальна величина, до якої прямує у цей період магнітне поле хвоста, повинна залежати від індивідуальних характеристик комети та фізичних умов у сонячному вітрі. Моменти нульових значень магнітного поля у плазмовому хвості комети 1Р/Галея, знайдені згідно цієї експоненціальної залежності, співпадають з перетином кометою границь секторної структури міжпланетного магнітного поля (і для грудневих, і для січневих моментів спостережень). Для двох вказаних пар моментів спостережень комети 1Р/Галея після прольоту секторної границі міжпланетного магнітного поля у її плазмовому хвості виявлено зростання часу існування флуоресцуючих іонів та зменшення дифузійних коефіцієнтів (поздовжнього та поперечного).

3. Порівняно з іншими дослідженими моментами спостережень комети 1Р/Галея, 12 грудня 1985 р. час існування флуоресцуючих іонів, а також поздовжній та поперечний коефіцієнти дифузії у плазмовому хвості були мінімальними. Індукція магнітного поля навпаки мала максимальну величину. Це пояснюється перебуванням комети приблизно посередені сектору міжпланетного магнітного поля, де існує значне зовнішнє магнітнє поле. Малі часи існування іонів хвоста повязані із збуреннями високошвидкісним потоком сонячного вітру.

4. Визначені мінімальні та максимальні межі фізичних параметрів плазмового хвоста комети 67Р/Чурюмова-Герасименко 12 та 13 січня 1983 р. Як і для нового, утовореного після відриву плазмового хвоста комети 1Р/Галея, у плазмовому хвості комети 67Р/Чурюмова-Герасименко також відбувалося зростання магнітного поля. Цей ефект також представлено у експоненціальному вигляді. Розраховане середнє магнітне поле плазмового хвоста комети 67Р/Чурюмова-Герасименко має максимальне значення порівняно з розрахованими середніми магнітними полями плазмових хвостів інших досліджуваних комет. Це пояснюється тим, що плазмовий хвіст комети 67Р/Чурюмова-Герасименко являє собою замагнічений пиловий джет. Час існування іонів та дифузійні коефіцієнти змінюються аналогічно до змін цих фізичних параметрів плазмових хвостів комети 1Р/Галея, обчислених для моментів спостережень 16, 17 грудня 1985 р. та 7, 8 січня 1986 р. Але дифузійні коефіцієнти виявилися приблизно на порядок та два порядки менші, ніж для вказаних моментів спостережень комети 1Р/Галея. Така відмінність фізичних параметрів може пояснюватись як індивідуальними характеристиками комет, а саме, параметрами ядра, елементами орбіти (насамперед її періодом, який для комети 67Р/Чурюмова-Герасименко є приблизно 6.5 р.), так і сонячною активністю (числа Вольфа: 106, січень 1983 р. ; 9, грудень 1985 р., січень 1986 р.).

5. Досліджено залежність зміни фізичних умов у плазмових хвостах комети C/1970 N1 (Абе) ( для періоду з 30 вересня по 8 жовтня 1970 р.) та комети C/1982 M1 (Остин) (для періоду з 29 серпня по 25 вересня 1982 р.) від рівня сонячної активності. Виявлено існування впливу на фізичний стан плазмових хвостів комет сонячних спалахів. Для дослідження зв'язку між процесами в плазмових хвостах та на Сонці введено параметр впливу сонячних спалахів SSW (прямо пропорційний енергії спалаху, та обернено пропорційний проміжку часу між максимумом спалаху та моментом спостереження комети). Вважається, що вплив спалаха на комету здійснюється у період починаючи з електромагнітного випромінювання до моменту дії ударної хвилі з мінімальною швидкістю поширення. Індукція магнітного поля у плазмових хвостах комети C/1982 M1 (Остин) мала більші значення, що пояснюється сонячною активністю (числами Вольфа та впливом сонячних спалахів SSW, які у період спостережень цієї комети були більшими, ніж у період спостережень комети C/1970 N1 (Абе)). Для часу існування флуоресцуючих іонів плазмових хвостів комет навпаки спостерігається зменшення цього параметра із зростанням сонячної активності. Для значної кількості моментів спостережень комет (особливо комети C/1982 M1 (Остин)) слід відзначити малий час існування флуоресцуючих іонів (10⁵ с).

ПУБЛІКАЦІЇ ОСНОВНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Чурюмов К.И., Шабас Н.Л. Физические условия в плазменном хвосте кометы Галлея в период его отрыва 6-8 января 1986 года// Астрономический вестник.-М.: Наука.- 1998. -Т. 32, 3.- С. 269-276.

2. Шабас Н.Л. Фізичні параметри плазмового хвоста комети 67P/Чурюмова-Герасименко// Вісник Київського університету. Астрономія.-1999.- Вип.35.- С.80-83.

3. Шабас Н.Л. Зміна умов у сонячному вітрі та фізичні параметри плазмового хвоста комети 1Р/Галея// Вісник Київського університету. Астрономія.-2001.-Вип.37.-С.73-76.

4. Шабас Н. Л., Дьяконова В. Д., Кравцов Ф. И., Чурюмов К. И. Изменения физических условий в плазменном хвосте кометы Остин Кинематика и физика небес. тел.-2001.- T.17, № 5.- С.403-408.

5. Сизоненко Ю.В., Шабас Н.Л. Моделирование распределения яркости плазменного хвоста кометы C/1976 R1 (Веста)// Кинематика и физика небес. тел.-2002.- Т.18, № 2 .- С.128-138.

6. Шабас Н.Л., Лукяник І. В. Звязок між варіаціями магнітного поля плазмового хвоста комети Остін С1982 М1 та сонячними спалахами// Вісник Київського університету. Астрономія.-2002.-Вип.38.- С.16-19.

7. Шабас Н.Л., Чурюмов К.И., Лукъяник И.В., Кравцов Ф.И.. Вариации физических параметров в плазменном хвосте кометы Абе (C/1970 N1) и их связь с солнечной активностью// Кинематика и физика небес. тел.-2002.- Т.18, № 5 .- С.412-417.

8. Churyumov K.I., Tesel'ko N.L., Karachentsev I.D. Investigation of the magnetic field in the plasma tail of the comet P/Churyumov-Gerasimenko (1982 VIII)// Кометный циркуляр.- 1992.- 426. изд. КУ. -С. 4-6.

9. Чурюмов К.И., Теселько Н.Л. Физические параметры плазменного хвоста кометы Галлея 7 и 8 января 1986 г.// Кометный циркуляр.- 1992.- 426. изд. КУ. -С. 6-8.

10. Churyumov K.I., Tesel'ko N.L. Change of magnetic field parameters in plasma tail of P/Halley (1986 III)// 30th Liege International Astrophysical Colloquim. -1992.- P. 299-301.

11. Churyumov K.I., Tesel'ko N.L., Karachentsev I.D. Parameters of the magnetic field of the comet P/Churyumov-Gerasimenko (1982 VIII) plasma tail// 30th Liege International Astrophysical Colloquim. -1992. - P. 303-305.

12. Churyumov K.I., Tesel'ko N.L. Investigation of magnetic fields in plasma tails of comet P/Halley (1986 III) and Churyumov-Gerasimenko (1982 VIII)// Bull. of the American Astron. Soc. -1992. -Vol.24, № 3.- P.1012.

13. Churyumov K.I., Shabas N.L., Kravtsov F.I. Investigation of the magnetic field in the plasma tail of comet Abe (1970 XV)// Bull. of the American Astron. Soc. -1993.-Vol.25, № 3.- P.1059.

14. Churyumov K.I., Shabas N.L., Kravtsov F.I. Parameters of the magnetic field in the plasma tail of comet Abe (1970 XV)// International conference ACM 96, COSPAR Colloq. 10, Versalles, France. -1996.- P.72.

15. Shabas N. Evolution of the magnetic field in the P/Halley plasma tail during of the disconnection event// 4^th Open Young Scientists' Conference on Astronomy and Spase Physics. April 9-12, 1997 Kyiv/ Abstracts. -1997.- P.18.

16. Шабас Н.Л. Исследование плазменного хвоста кометы Абе (1970 XV) с помощью диффузионной модели // Труди Міжнародного семінару пам'яті професорів КУ С.К.Всехсвятського та А.Ф.Богородського (1994г.) та Третіх міжнародних Всехсвятських читань (1995 г.). Статті та тези доповідей / Ред. Чурюмов К.І.- Київ, 1998.- С.37, 38.

17. Shabas N. Variation of the magnetic field in plasma tail of comet P/Halley during the disconnection event // УАА. Інф. бюлетень.- №12. -1998. -С.73, 74.

18. Shabas N.L. On physical conditions in plasma tail of comet Churyumov-Gerasimenko January 12-13, 1983.// УАА. Інф. бюлетень.- №12.- 1998. -С.78.

19. Шабас Н.Л. Параметры магнитных полей в плазменных хвостах комет Галлея(1Р), Чурюмова-Герасименко(67Р) и Абе(С/1970 N1)// Труды международной конференции "АИСТ-98"/ Ред. Чурюмов К.И. - Киев, 1999. -С.30, 31.

20. Шабас Н.Л. Плазмові хвости комет// Труди Першої міжнародної конференції КАММАК99/ Ред. К. І. Чурюмов. - Вінниця, 2000. -С.191-197.

21. Сизоненко Ю.В., Солоненко В.В., Шабас Н.Л. Поверхностная фотометрия газового хвоста кометы C/1976 D2 (Веста) // Тези доповідей Міжнародної конференції. "Четверті Всехсвятські читання. Сучасні проблеми фізики та динаміки Сонячної системи", присвячених 95-річчю С.К.Всехсвятського / Ред. Чурюмов К.І. - К., 2000.- С.34.

22. Шабас Н.Л., Дьяконова В.Д., Алкснис А.К., Чурюмов К.И., Кравцов Ф.И. Наблюдение и исследование плазменного хвоста кометы Остин (C/1982 M)// Proceedings of the International Astronomical conference “Forth Vsekhsvyatsky Readings. Modern Problems of Physics and Dynamics of the Solar System”.- ВПС “Київський університет”. - 2001.-С.230-235.

23. Churyumov K.I., Shabas N.L., Kravtsov F.I.. Study of the plasma tails of comet C/1982 M1 (Austin)// Astronomishe Gesellschaft. Abstract Series. JENAM 2001.- №18.- Munich. - 2001. - P. 257.

24. Шабас Н. Л. Влияние солнечной активности на физические условия в плазменных хвостах комет Абе (C/1970 N1) и Остин (С/1982 М1) // Book of abstracts CAMMAC-2002, Vinnytsia, september 23 - september 29, 2002. - Vinnytsia, 2002. - C. 39.

АНОТАЦІЇ

Шабас Н. Л. Фізичні параметри плазмових хвостів комет 1РГалея, 67/Чурюмова-Герасименко, C/1970 N1 (Абе), C/1982 M1 (Остин). Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.02 - “Астрофізика, радіоастрономія”. Одеський національний університет ім. І.І.Мечникова, Одеса, 2002.

В дисертації досліджуються фізичні умови у плазмових хвостах комет 1РГалея, 67Р/Чурюмова-Герасименко, C/1970 N1 (Абе) та C/1982 M1 (Остин), відповідно, для 5, 2, 24 та 15 моментів спостережень; розвиток фізичних параметрів у знов утворених після відриву плазмових хвостах комет, залежність зміни фізичних параметрів хвостів від фізичних умов у сонячному вітрі та рівня сонячної активністі. Використовуються дані спостережень та дифузійна модель. Розроблено новий алгоритм для розрахунків модельних кривих поверхневої яскравості плазмових хвостів комет із заданою точністю. Побудовано фотометричні профілі (поздовжні і поперечні) та відповідні теоретичні криві плазмових хвостів вказаних комет для кожного моменту спостереження. Визначено фізичні параметри (прискорення , час існування флуоресцуючих іонів, поздовжній D та поперечний D коефіцієнти дифузії, межі індукції магнітного поля В) плазмових хвостів цих комет. Зміну індукції магнітного поля у плазмовому хвості комети, що знов утворився після відриву, представлено у вигляді перехідного процесу експоненціального зростання з певним часом релаксації (1 доба). Виявлено існування впливу сонячних спалахів та іншіх проявів сонячної активності на фізичні умови у плазмових хвостах комет.

Ключові слова: комети, плазмові хвости, явище відриву, фотометричні профілі, індукція магнітного поля, сонячний вітер, міжпланетне магнітне поле, сонячна активність, сонячні спалахи, дифузійна модель.

Shabas N.L. Physical parameters of plasma tails of comets 1P/Halley, 67P/Churymov-Gerasimenko, C/1970 N1 (Abe), C/1982 M1 (Austin). Manuscript. Dissertation for candidate degree in physical and mathematical sciences by speciality 01.03.02.- Astrophysics, radioastronomy. Odessa National University named I.I. Mechniкov, Odessa, 2002.

Physical conditions in plasma tails of comets 1P/Halley, 67P/Churymov-Gerasimenko, C/1970 N1 (Abe), C/1982 M1 (Austin) for 5, 2, 24, 15 dates respectively are investigated in the dissertation. Physical parameters evolution of plasma tails which is newly formed after a disconnection event, the dependence of physical parameters change in plasma tails on the solar activity are investigated. Observations data and the diffusion model are used. New algorithm for calculations model curves of comets plasma tails surface brightness with given accuracy is created. Longitudinal and cross photometrical profiles and respectively theoretical curves of plasma tails of indicated comets are constructed. Physical parameters (the acceleration , the life time of fluorescent ions , longitudinal D and cross D diffusion coefficients, magnetic field induction limits В) of plasma tails of these comets are calculated. Change magnetic field induction of plasma tails which is newly formed after the disconnection event is presented as transient of exponential increase with definite relaxation time (24 hours). Existence of solar flare effects and other solar activity events on physical conditions in plasma tails of comets is found.

Key words: comets, plasma tails, disconnection event, photometrical profiles, magnetic field induction, solar wind, interplanetary magnetic field, solar activity, solar flare, diffusion model.

Шабас Н.Л. Физические параметры плазменных хвостов комет 1РГаллея, 67/Чурюмова-Герасименко, C/1970 N1 (Абе), C/1982 M1 (Остин). Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.02. - Астрофизика и радиоастрономия. Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова, Одесса, 2002.

В диссертации исследуются физические параметры плазменных хвостов комет 1РГаллея, 67/Чурюмова-Герасименко, C/1970 N1 (Абе), C/1982 M1 (Остин), соответственно, для 5, 2, 24 и 15 моментов наблюдений; развитие физических условий в образовавшихся после отрыва новых плазменных хвостах комет, зависимость изменений физических параметров плазменных хвостов комет от физических условий в солнечном ветре и от уровня солнечной активности. Используются данные наблюдений и диффузионная модель. Разработан новый алгоритм вычислений данных для построения модельных кривых поверхностной яркости плазменных хвостов комет с заданной точностью. Построены фотометрические (продольные и поперечные) профили плазменных хвостов комет и соответствующие теоретические кривые для плазменных хвостов указанных комет (все моменты наблюдений). Вычислены физические параметры (ускорение , время жизни флуоресцирующих ионов, продольный D и поперечный D коэффициенты диффузии, пределы магнитного поля В ) плазменных хвостов этих комет.

Полученные значения индукции магнитного поля плазменных хвостов исследованных комет близки к непосредственным измерениям этого физического параметра космическими аппаратами “Вега-1, 2” , “Джотто” возле комети 1P/Галлея (5075 нТл) и в плазменном хвосте кометы 21Р/Джакобини-Цинера (1060 нТл). На основе исследования плазменного хвоста кометы 1РГаллея, который вновь образовался после отрыва (7, 8 января 1986 г.), выдвинута гипотеза объяснения возрастания индукции магнитного поля в хвосте переходным экспоненциальным процессом (время релаксации приблизительно сутки).

Для исследования связи между физическими условиями в плазменных хвостах комет C/1970 N1 (Абе), C/1982 M1 (Остин) и солнечной активностью введен параметр влияния солнечных вспышек (прямо пропорционален енергии вспышки, обратно пропорционален промежутку времени между максимумом вспышки и моментом наблюдения кометы). Выявлена существенная зависимость физических условий в плазменных хвостах указанных комет от этого параметра: с усилением солнечной активности (чисел Вольфа и параметра влияния солнечных вспышек) индукция магнитного поля возрастала, а время жизни светящихся частиц уменьшалось.

Ключевые слова: кометы, плазменные хвосты, явление отрыва, фотометрические профили, индукция магнитного поля, солнечный ветер, межпланетное магнитное поле, солнечная активность, солнечные вспышки, диффузионная модель.

Размещено на Allbest.ru