Гиперболическая комета C/2021 A1 (Leonard): особенности орбиты и характеристики ядра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гиперболическая комета C/2021 A1 (Leonard): особенности орбиты и характеристики ядра

Снеткова Ю.А.,

инженер-конструктор АО «РКЦ «ПРОГРЕСС», Россия, г. Самара

Астрономия - это не только опыт руками

Аннотация: В данной работе проведен теоретический расчет физических характеристик ядра новой долгопериодической кометы Леонарда, открытой в январе 2021 года. Рассчитаны эффективный радиус, массовая плотность, пористость и масса ядра. Исследована траектория движения кометы. Особенностью является то, что комета классифицирована как гиперболическая, т.е. она один раз посетит Солнечную систему и больше никогда не вернется.

Ключевые слова: ядро кометы, эффективный радиус, массовая плотность, масса ядра, пористость, орбита кометы

Annotation: In this work, a theoretical calculation of the physical characteristics of the nucleus of the new long-period comet Leonard, discovered in January 2021, is done. The effective radius, mass density, porosity and mass of the nucleus are calculated. The trajectory of the comet was investigated. A special feature is that the comet is classified as hyperbolic, i.e. she will visit the Solar system once and will never return.

Key words: comet nucleus, effective radius, mass density, mass of comet nucleus, porosity, comet orbit

комета леонард гиперболическая ядро радиус плотность

1. Особенности наблюдений кометы Леонарда

Комета Леонарда была открыта 3 января 2021 года американским астрономом Грегори Дж. Леонардом в обсерватории Маунт-Леммон (Аризона, США). Перигелий кометы приходится на 3 января 2022 года, ровно через год после открытия. В Северном полушарии комета была видна до середины декабря 2021 года недалеко от Венеры. Наблюдалась вечером низко над горизонтом сразу после захода Солнца либо утром до восхода Солнца.

Наблюдения кометы для жителей России в большинстве случаев омрачились отсутствием хорошей погоды и ясного неба. Также, по словам наблюдателей, комета не была достаточно яркой. Поскольку комета находилась низко над горизонтом, то она терялась в сумерках и являлась достаточно сложным объектом для наблюдений и фотографирования.

По прогнозам комета при приближении к Солнцу должна была становиться ярче, но ожидаемую яркость комета не набирала. Было сделано предположение, что ядро кометы Леонарда разваливается из-за внутренних процессов вследствие приближения к Солнцу. Однако в середине декабря комета испытала вспышку, увеличив свою звездную величину до 4.2^m [1]. В момент прохождения перигелия прогнозируемая звездная величина кометы - 6.2^m

Комета Леонарда считается самой яркой кометой 2021 года.

2. Расчет физических характеристик ядра кометы

Поскольку ядро кометы имеет неправильную форму, то, как обычно, будем моделировать ядро кометы шаром с эффективным радиусом Rn.

Для определения радиуса ядра кометы необходимо знать два параметра - гелиоцентрический блеск m_hel и геометрическое альбедо ядра A_G.

Эффективный радиус кометного ядра будет определяться выражением:

Здесь а₀ = 1 а.е., ^m_sun - видимый блеск Солнца.

Как правило, геометрическое альбедо ядер комет AG принимается равным 0.04.

Определим гелиоцентрический блеск ядра кометы. На сайте JPL NASA [2] представлено значение абсолютной звездной величины кометы C/2021 A1 (LEONARD) m=12.5 (гелиоцентрический блеск кометы). Также известно, что гелиоцентрический блеск долгопериодической кометы С/2020 F3 (NEOWISE) т=12.1, а гелиоцентрический блеск ядра кометы С/2020 F3 (NEOWISE) m_hel=14.9. Применим аналогичную разницу между блесками ядра и кометы для расчета гелиоцентрического блеска ядра кометы C/2021 A1 (LEONARD). В итоге получаем m_hel=15.3. Также приняты во внимание кривые блеска комы и ядра кометы [3]. Поскольку в официальных источниках значение гелиоцентрического блеска ядра кометы Леонарда не фигурирует, будем использовать данное значение в расчете радиуса ядра.

Используя выражение (1), получаем эффективный радиус ядра кометы Леонарда Rn =2.3 (км).

Для того чтобы определить массовую плотность и пористость ядра кометы, необходимо знать химический состав кометного ядра.

В таблице 1 представлены основные типы веществ, составляющих ядро кометы.

Выводы о химическом составе кометных ядер сделаны на основе масс - спектрометрических исследований газа и пыли кометы Галлея во время пролета мимо нее космических аппаратов "Giotto", "Vega-1", "Vega-2" в 1986 году, спектральных наблюдений комы некоторых комет и результатов миссий "Deep Impact", "Stardust", "Rosetta" [4]-[7]. Также приняты во внимание модель строения межзвездной пыли и результаты искусственного моделирования кометных ядер в лабораториях [8], [9].

Таблица 1.

Основные типы веществ кометного ядра

Используя методику определения средней массовой плотности ^p_N и пористости П ядра кометы [10], получаем следующие значения:

Поскольку ядро кометы моделируется сферическим телом с эффективным радиусом R_N и массовой плотностью P_N, масса такого тела представляется известной формулой:

Используя полученные значения радиуса и массовой плотности ядра кометы Леонарда, получаем значение массы ядра кометы: M_N = 3.36-10¹³ (кг).

3. Особенности орбитального движения кометы Леонарда

Комета Леонарда относится к классу долгопериодических комет, пришедших к нам с окраин Солнечной системы (из облака Оорта или из межзвездного пространства) и впервые проявивших свою активность. Такие кометы могут прилетать практически с любого направления под любым наклоном к плоскости эклиптики. Комета Леонарда движется по ретроградной орбите с огромной скоростью порядка 70-80 км/с [2].

В таблице 2 представлены основные орбитальные характеристики данной кометы [2].

Таблица 2. Основные элементы орбиты кометы C/2021 A1 (Leonard)

e - эксцентриситет; i - наклонение орбиты; q - перигелийное расстояние.

Рисунок 1. Плоскость орбиты кометы C/2021 A1 (Leonard)

Как видно из таблицы 2, эксцентриситет орбиты больше единицы, а это означает, что орбита кометы представляет собой гиперболу. Поскольку траектория движения является незамкнутой кривой, то, следовательно, большая полуось орбиты, афелийное расстояние и период обращения не могут быть определены. Таким образом, комета Леонарда является гиперболической кометой, посетившей Солнечную систему только один раз.

На рисунке 1 построена орбита кометы с учетом зоны сублимации водяного льда. Известно, что комета Леонарда была открыта на расстоянии около 5 а.е. На таком удалении от Солнца началась сублимация водяного льда и метанола, что сделало объект видимым для телескопов.

Массовые потери ядра кометы в зоне сублимации, по нашим расчетам, составят 2.66¦ 10¹⁰ (кг).

Заключение

В данной работе подробно исследованы физические и орбитальные особенности новой долгопериодической кометы C/2021 A1 (Leonard).

Рассчитаны радиус, массовая плотность, пористость, масса ядра указанной кометы.

Исследованы элементы орбиты гиперболической кометы Леонарда, построена ее траектория движения с учетом зоны сублимации водяного льда, определены массовые потери ядра.

Использованные источники:

1. Комета C/2021 A1 (Leonard) [Электронный ресурс]. URL: https://in- space.ru/comet-leonard-2021/ (дата обращения: 01.01.2022).

2. Small-Body Database Lookup [Электронный ресурс]. URL: https://ssdjpl.nasa.gov/tools/sbdb_lookup.html#/?sstr=2021A1&view=OPC (дата обращения: 04.01.2022).

3. C/2021 A1 (Leonard) [Электронный ресурс]. URL:

https://lesia.obspm.fr/comets/plot/plot_mag_afrho.php?Code=CK21A010&Userna me=&CodeObs=&Config=&y1=1908&m 1=01 &y2=2022&m2=01 (дата обращения: 04.01.2022).

4. Despois D., Biver N., Bockelйe-Morvan D., Crovisier J. Observations of molecules in comets // Astrochemistry - Recent Successes and Current Challenges Proceedings IAU Symposium, No. 231, 2005. P. 119-128.

5. Ishii H.A., Brennan S., Bradley J.P., Luening K., Ignatyev K., Pianetta P. Recovering the elemental composition of comet Wild 2 dust in five Stardust impact tracks and terminal particles in aerogel // Meteoritics and Planetary Science, 43, Nr 1/2, 2008. P. 215-231.

6. The Structure of Comet Nuclei from Observations and Experiments. [Электронный ресурс]. URL: http://www.issibern.ch/forads/sr-004-02.pdf (дата обращения: 04.01.2022).

7. Choukroun M., Altwegg K., Kьhrt E., Biver N., Bockelйe -Morvan D., Drazkowska J., Hйrique A., Hilchenbach M., Marschall R., Pдtzold M., Taylor M., Thomas N. Dust-to-Gas and Refractory-to-Ice Mass Ratios of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko from Rosetta Observations // Space Sci Rev, 216:44. 2020. P. 1-38.

8. Cottin H., Gazeau M.C., Raulin F. Cometary organic chemistry: a review from observations, numerical and experimental simulations // Planetary and Space Science, 47, 1999. P. 1141-1162.

9. Greenberg J.M. Making a comet nucleus // Astron. Astrophys., 330, 1998. P. 375-380.

10. Снеткова Ю.А. Ядра комет. - LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. - 85 с.

Размещено на Allbest.ru