Наблюдение за метеорным потоком

Открытые Дёминские чтения

Секция: астрономия и астрофизика

Тема исследовательской работы: Наблюдение за метеорным потоком

Выполнил:

Иноземцев Михаил Александрович МБОУ «Оборонинская СОШ», 10 Б класс,

р.п. Мордово

Научный руководитель:

Иванникова Наталья Станиславовна

учитель физики и астрономии

р.п. Мордово

2018

Оглавление

1.  Введение ………………………………………………………………  3-4

2.  Практическая часть (по плану исследования) … ……………………4- 11

2.1.  Поиск и изучение терминологии по теме исследования…………..4

2.2.  Сравнение (сходство и отличие) метеора и метеорита…………….4-5

2.3.  Принцип возникновения метеорного потока. ……………………...5-6

2.4.  Изучение химического состава и структуры метеорных частиц….6

2.5. Изучение процесса сгорания частиц в земной атмосфере………….6-7

2.6.  Виды  метеорных  потоков,  известные метеорные  потоки.  Частота  проливания метеорных потоков…………………………………………..7-8

2.7.  Влияние метеорных потоков на человека, планету………………...8-9

2.8.  Изучение  методики  наблюдения  за метеорным  потоком,  согласно

рекомендациям научных источников……………………………………9-10

2.9.  Составление примерного плана наблюдения крупных метеоритных потоков……………………………………………………………………10-11

2.10. Наблюдение метеорных потоков………………………………… 11

3.  Заключение…………………………………………………………… 11-12

4.  Список информационных источников……………………………… 13

5.  Приложения …………………………………………………………...14-18

Приложение 1.  ……………………………………………………………14

Приложение 2.  ……………………………………………………………15

Приложение 3.  …………………………………………………………...16-18

1. Введение

     В Солнечной системе кроме больших планет и их спутников движется множество так называемых малых тел: астероидов, комет, метеороидов. Малые тела Солнечной системы имеют размеры от сотен микрон до сотен километров.

Среди исследований небесных тел большой трудоемкостью отличаются метеорные потоки и вспыхивающие в следствии метеоры, так называемые «падающие звезды». Потребность в детальных исследованиях действующих метеорных потоков постоянно растет в связи с развитием космонавтики и стремительным старением характеристик метеорных потоков, полученных почти полвека назад. В настоящее время в мире работает несколько сотен любительских обсерваторий, проводящих регулярные метеорные наблюдения с применением достаточно совершенной техники. Кроме того, метеорные потоки являются природными индикаторами орбит опасных небесных тел, способных вызвать разрушительные последствия при падении на Землю, и их исследование является важным элементом Федеральной программы Астероидно-кометной безопасности России. Считаю, что длительные наблюдения метеорных потоков представляют большой интерес: исследование поможет определить, как меняется метеорная активность из месяца в месяц, из недели в неделю, изо дня в день и оценить масштабы этих изменений. По моему мнению, увеличение активности метеорного потока, может спровоцировать неблагоприятные последствия.

Объект исследования: метеорные потоки.

Предмет исследования: опасность, механизм и причины возникновения метеорного потока.

Гипотеза: Если «падающие звезды» - это метеоры, значит, наблюдение метеорных потоков возможно невооруженным глазом.

Цель исследования: изучение  и наблюдение метеорного потока.

Задачи исследования:

- изучить строение метеорного потока; процесс возникновения метеорного потока;

3

- изучить химический состав метеорных частиц;

- составить план наблюдения метеорных потоков;

- изучить методику наблюдений, согласно рекомендациям научных источников;

- выявить влияние метеорных потоков на человека; на планету.

- организовать наблюдения метеорного потока согласно плану наблюдений;

- зафиксировать полученные сведения в ходе выполнения практической части.

2. Практическая часть

2.1. Поиск и изучение терминологии по теме исследования

    Изучив словари и Большую энциклопедию астрономии, выяснил значение следующих терминов: метеороид (метеорное тело), метеор, метеорит, метеорный поток, метеорный рой, болид, радиант. Знание данной терминологии необходимо при проведении исследовательской работы.

2.2. Сравнение (сходство и отличие) метеора и метеорита.

Одинаковы ли понятия?

    Рассматривая метеорные потоки необходимо четко понимать разницу между метеором, метеорным телом (метеороид) и метеоритом.

    Метеор — это явление в атмосфере Земли, возникающее при вторжении в нее метеорного тела, частичек бывшей кометы, с космической скоростью. Эти частички малы настолько, что разрушаются под воздействием трения, не достигая поверхности Земли. Мы же это можем наблюдать как кратковременно светящуюся полоску света на фоне звездного неба. Именно метеоры называют «падающими звездами».

    Метеорит – это остатки метеорного тела, попавшие на поверхность планеты. Различают три вида метеоритов в зависимости от их состава: железные, каменные и железо-каменные.

В ходе изучения понятий была составлена таблица сравнения.

"звёздная пыль", осколки столкновений более крупных космических тел или твёрдые останки испарившихся комет. По составу - это камень и металл. (ориентировочно это объекты с размерами до 30м)

Различия

Метеор – это световое явление, метеороид и метеорит – твердое тело космического происхождения

Метеорит долетает до Земли, метеорное тело состоит из мельчайших частиц, сгорающих при попадании в атмосферу (Приложение 1. Рис. 1)

Метеоры наблюдаются гораздо чаще, чем падения метеоритов.

Для населения Земли падения метеоритов значительно опаснее, чем метеоры, которые наносят вред технике в космосе.

Вывод. Метеороид и метеорит понятия не одинаковые. Данные объекты имеют очевидные сходства, но и различия.

2.3 Принцип возникновения метеорного потока

     Изучая принцип возникновения метеорных потоков, я выяснил, что прародителями метеороидов являются ядра комет, которые могли разрушиться из-за воздействия каких-либо сил (центробежных или приливных), в результате столкновения с другими небесными телами или перехода льда, из которого в основном состоит ядро кометы, а газообразное состояние под воздействием солнечного излучения. Образовавшиеся метеорные тела продолжают движение по орбите небесного тела вокруг солнца, постепенно вытягиваясь вдоль неё (метеорный рой).

     Различают одиночные метеоры (спорадические) и метеорные рои. При пересечении орбиты Земли с орбитой роя, метеороиды сгорают в верхних слоях атмосферы, оставляя после себя полоску света, которую мы наблюдаем. Когда Земля пересекает такой рой, метеоры летят в атмосфере по почти параллельным путям и мы наблюдаем метеорный поток. (Приложение 2. Рис.2.)

     Благодаря тому, что метеорные явления происходят достаточно близко к наблюдателю, вид метеоров и пути их движения подвержены перспективному

5

искажению. Вследствие этого кажется, будто бы метеоры вылетают из одной точки на небесной сфере. Эта точка называется радиантом.

     В зависимости от положения радианта среди созвездий, ему присваивается название. Например, если радиант расположен в созвездии Ориона, то метеорный поток называется Ориониды.

    Вещество в метеорном рое распределено неравномерно. Когда Земля попадает в плотные части роя, можно наблюдать метеорные дожди.

2.4. Изучение химического состава и структуры метеорных частиц

     Химический состав метеорных частиц аналогичен составу каменных и железных метеоритов, но механическая структура метеорных тел совсем иная. Метеорная частица представляет собой пористое тело, состоящее из более мелких частиц. Вероятно, поры были заполнены когда-то летучими веществами, которые впоследствии испарились.

    В спектрах метеоров главным образом видны яркие эмиссионные линии. Среди них обнаружены линии нейтральных атомов железа, натрия, марганца, кальция, хрома, азота, кислорода, алюминия и кремния, а также линии ионизированных атомов магния, кремния, кальция и железа. Метеорное тело излучает облако атомов и ионов, образовавшееся при испарении нагревшегося за счет трения в атмосфере метеорных частиц.

2.5. Изучение процесса сгорания частиц в земной атмосфере

     Вторжение метеорного тела в земную атмосферу сопровождается сложными процессами его разрушения — плавлением, испарением, распылением и дроблением. Атомы метеорного вещества при столкновении с молекулами воздуха ионизируются и возбуждаются: свечение метеора в основном связано с излучением возбужденных атомов и ионов, они двигаются со скоростями самого метеорного тела и имеют кинетическую энергию от нескольких десятков до сотен электрон-вольт.

    Перед  метеороидом образуется ударная волна в виде сильно сжатых и разогретых атмосферных газов. Поверхность самого тела в результате взаимодействия с ними нагревается до плавления и испарения. Набегающие

6

газовые  струи разбрызгивают и уносят  расплавленный (а  иногда и твердый

раздробленный) материал с его поверхности. Этот процесс называется абляцией. Раскаленные газы за фронтом ударной волны, а также капельки и частички вещества, уносимые с поверхности тела, светятся и создают явление метеора или болида. При достаточно большой массе тела возникновение болида сопровождается иногда не только ярким свечением, но и разными звуковыми эффектами (громкий хлопок, как при переходе самолетом сверхзвукового барьера, раскаты грома, шипение и т. п.).

    Если масса тела не слишком мала и не очень велика, а его скорость находится в диапазоне от 11 км/с до 22 км/, то оно успевает затормозиться в атмосфере еще не сгорев. После чего метеороид движется с такой скоростью, при которой абляция уже не эффективна, и может в неизменном виде долететь до земной поверхности. Если масса тела не очень велика, то продолжается дальнейшее уменьшение его скорости до тех пор, пока сила сопротивления воздуха не сравняется с силой тяжести, и начинается его почти вертикальное падение со скоростью 50-150 м/с. С такими скоростями на Землю упало большинство метеоритов. При большой массе метеороид не успевает ни сгореть, ни сильно затормозиться и сталкивается с поверхностью с космической скоростью. В этом случае происходит взрыв, вызванный переходом большой кинетической энергии тела в тепловую, механическую и другие виды энергии, а на земной поверхности образуется взрывной кратер. В результате значительная часть метеорита, подверженной удару земной поверхности плавится и испаряется.

2.6. Виды метеорных потоков, известные метеорные потоки.

Частота проливания метеорных потоков.

    Что же такое – метеорный поток? Какие бывают метеорные потоки? Можно предположить, что если Земля движется по своей орбите вокруг Солнца, то она каждый раз пересекает одни и те же орбиты метеорного роя. А значит, их периодичность повторяется. Так ли это?

7

     Метеорный поток - множество метеоров, которые кажутся исходящими из одной точки в небе и наблюдаются в течение ограниченного периода (обычно несколько часов или дней). Метеорные потоки возникают, когда Земля при своем орбитальном движении пересекает метеорный рой (протяженное скопление метеорного вещества на орбите вокруг Солнца).

     Оказалось, что ежегодно в известные дни Земля пересекает орбиты обильных метеорных потоков. В это время наблюдается особенно частое появление метеоров в определенном участке неба. Метеорный поток называют по имени того созвездия, в котором расположен радиант потока. Науке известны несколько видов метеорных потоков: Аквариды, Дракониды, Квадрантиды, Лириды, Джеминиды, Ориониды, Леониды, Персеиды, Тауриды. (Приложение 3).

2.7. Влияние метеорного потока на человека, планету.

    Не следует путать понятия метеорный и метеоритный дождь (поток). Метеорный поток состоит из метеоров, которые сгорают в атмосфере и не достигают земли, и поэтому абсолютно безопасны для людей. А метеоритный дождь состоит из метеоритов, части которых могут достичь поверхности Земли и стать разрушительным фактором для всей планеты.

     Изучая влияние метеорного потока, мне попалось выступление руководителя Института астрономии РАН. Александр Боярчук подчеркнул, что такое явление как метеорный поток не представляет никакой опасности для жизни людей. Боярчук пояснил, что большинство метеороидов сгорают, не долетая до земли, и лишь самые крупные могут пройти через слои атмосферы, упав на землю маленькими камушками. «Это очень маленькие тела. Размером с доли грамма, состоящие, в основном, из камней. Частицы проносятся через атмосферу на очень большой скорости — до 70 километров в секунду. На такой скорости любое вещество, даже металл, начинает просто испаряться и ярко при этом светиться», - объясняет аспирант отдела астрофизики Государственного астрономического института МГУ им. Ломоносова Дмитрий Колесников. Скорость настолько высокая — она в 200 раз превышает скорость самого

8

быстрого самолета. Астрофизики просто не успевают зафиксировать метеоры. Поэтому они используют широкоугольную камеру. И если для человека метеоры на земле не опасны, то аварии в космосе имеют место быть. Эти частицы могут разбить солнечные панели или повредить обшивку, тем самым вывести из строя космические аппараты. Поэтому исследования и наблюдениями за метеорными потоками необходимо продолжать считают астрофизики.

2.8. Изучение методики наблюдения за метеорным потоком,

согласно рекомендациям научных источников.

     Научные источники говорят о том, что визуальные наблюдения позволяют получить важную информацию о суточных и сезонных изменениях общего количества метеоров, о распределении радиантов по небесной сфере. Но главным образом для изучения метеоров используются фотографические, радиолокационные, а в последние годы и электронно-оптические и телевизионные методы наблюдений.

    Систематическая фоторегистрация или метеорный патруль позволяют во время наблюдения охватить максимально возможную область неба. Наблюдая метеор по фотоснимкам на фоне звезд легко определить его высоту, траекторию в атмосфере и радиант.

     Одно из важных достоинств радиолокационных методов — это возможность наблюдать метеоры в любую погоду и круглые сутки. Кроме того, радиолокация позволяет регистрировать очень слабые метеоры до 12-15-звездной величины, порождаемые метеороидами с массой в миллионные доли грамма и даже меньше.

    В последние годы все активней ведутся наблюдения очень ярких болидов, которые иногда сопровождаются выпадением метеоритов. В нескольких странах организованы болидные сети наблюдений с камерами «всего неба».

    Они действительно контролируют весь небосвод, но регистрируют только очень яркие метеоры. В такие сети входят 15-20 пунктов, расположенных на расстоянии 150-200 километров, они охватывают большие территории, так как

9

вторжение в земную атмосферу крупного метеороида — явление сравнительно редкое. И вот что интересно: из сфотографированных нескольких сот ярких болидов только три сопровождались падением метеорита, хотя скорости крупных метеороидов были не очень большими. Это означает, что надземный взрыв Тунгусского метеорита 1908 года — явление типичное.

   Изучив все методики наблюдения метеорных потоков, визуальные наблюдения оказались единственным приемлемым способом. Во время наблюдений за метеорами нам понадобятся часы, блокнот и ручка (карандаш), чтобы записывать необходимые данные, а также тусклый фонарик, чтобы видеть, что мы пишем.

    Самый лучший фонарь для астрономических наблюдений — красный. Его можно купить или сделать из обычного фонаря, обернув лампочку красным прозрачным целлофаном. Некоторые астрономы-любители наносят на лампочку тонкий слой красного лака для ногтей. Вы спросите, а зачем вообще нужен именно красный фонарь? Отвечаю: обычный белый будет слепить вас и примерно 10–30 минут — (пока глаза не адаптируются) вы не сможете видеть неяркие звезды и метеоры. Кроме того, во время каждого сеанса наблюдения ночного неба нужно дать глазам привыкнуть к темноте.

     Лучший способ наблюдать и считать метеоры — лежа в шезлонге. (Конечно, можно просто лечь на одеяло с подушкой, но вы наверняка быстро уснете и пропустите самую интересную часть представления.) Запрокиньте голову, чтобы ваш взгляд был направлен чуть выше точки, находящейся посредине между линией горизонта и зенитом. Это оптимальное направление для подсчета метеоров.

     Многие люди во время наблюдения метеорных потоков стоят лицом к радианту, но это необязательно. Метеоры будут проноситься по всему небу, и их видимые траектории могут начинаться и заканчиваться далеко от радианта.

2.9 План наблюдения за метеорными потоками.

     Согласно плану проводились визуальные наблюдения метеорных потоков. Наблюдения метеорных потоков проводились с открытой площадки, вдали от источников света, без специального оборудования. В околозенитной области неба регистрировались все появляющиеся метеоры. Вёлся счет метеоров в течение часа. Также оценивалось направление полета метеора и принадлежность его к метеорному потоку. Все записи фиксировались, для подведения результата наблюдения. Наблюдения проводились несколько раз за период метеорного потока, в различный отрезок ночного времени.

3. Заключение

    После        системной        обработки        полученных        результатов        можно        сделать

следующие выводы.

 -  Метеорный поток Ориониды наблюдается в течение 10 дней. В течение часа

наблюдается до 45 метеоров. Метеоры белые, но иногда среди них попадаются и красные, сине-зеленые, желтые и оранжевые метеоры очень быстрые с яркими следами. Порожден кометой Галлея. За Орионидами лучше всего наблюдать после полуночи. Ориониды —красивый и яркий метеорный поток, несмотря на малое количество метеоров в час. Пик метеорного потока отмечен 21 октября.

- Метеорный поток Леониды наблюдается в течение недели. В час - примерно 12 – 15 метеоров. Метеоры очень быстрые. Во время наблюдения за падением метеоров были замечены огненные шары, которые отличаются невероятной яркостью и оставляют за собой цветной хвост – он не исчезает с небесного полотна несколько секунд.  Порожден кометой Темпеля – Туттля.

11

Пик самого яркого осеннего звездопада - метеорного потока Леониды – пришелся на ночь с 17 на 18 ноября.

- Метеорный поток Геминиды наблюдается в течение недели. Очень обильный

поток. В час наблюдается до 100 метеоров. Метеоры белые без следов.

    Из 3-х наблюдаемых метеорных потоков в осенний сезон, по моему мнению, самым крупным является поток Геминиды; самым зрелищным – Леониды.

- Метеорный поток Квадрантиды начался в канун Нового года и длился 6 дней. Он располагался над ручкой ковша Большой медведицы. Его пик пришёлся на 3 января – до 11 метеоров в час. Из-за полной луны наблюдать метеорный поток легче было поздно вечером или перед рассветом. Анализируя проделанную работу, можно сделать вывод, что наблюдения за метеорными потоками возможны невооруженным взглядом, исходя из этого, можно утверждать, что наблюдения прошли успешно. Несмотря на погодные условия, была достигнута главная цель работы: изучение и наблюдение метеорных потоков. Следующие наблюдения планируется провести в апреле.

12

4. Список информационных источников

1. Астапович И.С. Метеорные явления в атмосфере Земли. - Москва: «Наука»,

1958 – 634с.

2. Астрономический календарь. Постоянная часть. - Москва: «Наука», 1973 -

718. с.

3. Бабаджанов П.Б. Метеоры и их наблюдение. - Москва: «Наука», 1987-177с.

4. Куликовский П.Г. Справочник любителя астрономии. - Москва: «Наука», 2002 - 688с.

5. Одесский астрономический календарь 2017. Выпуск 18. - Одесса: «Астропринт», 2016.

6. Сурдин В. Большая энциклопедия астрономии. М.:Эксмо, 2012 – 480с.:ил.

Интернет-ресурсы

• http://ru.wikipedia.org

• http://astronom-us.ru/meteory/meteornye-potoki.html

• http://galspace.spb.ru/index66-4.html

• http://astrolab.ru/

13

5. Приложения

Приложение 1.

Рис.1

14

Приложение 2.

Рис.2

15

Приложение 3.

Виды метеорных потоков

Аквариды

Эта-Аквариды наблюдаются между 24 апреля и 20 мая (чаще 4-5 мая). Это прекрасный южный метеорный ливень, связанный с кометой Галлея (1P/Галлея). Его радиант расположен в точке с RA 22h 20m, Dec. -1°. Средняя плотность выпадания в максимуме 35.

Дельта-Аквариды наблюдаются между 15 июля и 20 августа, с пиками 29 июля и 7 августа. Имеют двойной радиант, компоненты которого находятся в точках с RA 22h 36m, Dec. -17° и RA 23h 04m, Dec. +2°. Средняя плотность выпадания в максимуме 20.

Дракониды

Поток, связанный с кометой Джакобини-Циннера, который можно иногда наблюдать около 9-10 октября. Радиант лежит вблизи "головы" Дракона в точке

• RA 17h 23m и Dec. + 57°. Число фиксируемых за год метеоров от года к году сильно меняется. Так, в 1933 г. наблюдалось захватывающее зрелище, когда интенсивность потока быстро достигла 350 в минуту, что вновь было отмечено только в 1946 г. Умеренные ливни имели место в 1952 и 1985 гг. Этот поток известен также под названием "Джакобиниды".

Лириды

Ежегодный метеорный поток, иногда называемый апрельскими Лиридами. Его радиант лежит на границе созвездий Лиры и Геркулеса. Пик метеорного ливня приходится на 22 апреля, обычное время его появления - с 19 по 25 апреля. Метеорный поток связан с кометой Тэтчера (C/1861 G1). Хотя обычно метеорный поток бывает слабым, иногда наблюдаются красивые ливни. Средняя плотность выпадания в максимуме 10. Исторически метеорный поток Лирид прослеживается в течение 2500 лет.

Квадрантиды

Ежегодный метеорный поток, радиант которого лежит в созвездии Волопаса, около границы с созвездиями Геркулеса и Дракона. Название

16

относится к тем временам, когда эта область неба принадлежала созвездию Стенного Квадранта (Quadrans Muralis), теперь уже не существующему.

Пик метеорного потока приходится на 3 января, а обычные пределы - с 1 по 6 января. Узкий поток метеоров не связан с какой-либо из известных комет, а возникающий звездный дождь очень непостоянен, так что его пик длится недолго.

Джеминиды

Ежегодный метеорный поток, радиант которого лежит в созвездии Близнецов (вблизи звезды Кастор). Максимум потока приходится на 13 декабря, а наиболее частое время его появления - 7-16 декабря. Этот метеорный поток имеет необычную орбиту с расстоянием перигелия всего 0,14 а.е.

Ориониды

Ежегодный метеорный поток, множественный радиант которого лежит на границе созвездий Ориона и Близнецов, около звезды гамма Близнецов. Пик потока приходится на 22 октября, а обычные пределы его появления - с 16 по 27 октября. Поток связан с метеороидами, пришедшими к Земле от кометы Галлея.

Леониды

Ежегодный метеорный поток, радиант которого лежит в "серпе" созвездия Льва. Пик потока приходится на 17 ноября, а обычная продолжительность - около четырех дней. Хотя в эти дни каждый год наблюдается лишь небольшое число метеоров, иногда отмечаются и захватывающие зрелища. Так, в 1966 г. можно было увидеть до 40 метеоров в секунду!

Метеорный ливень связан с кометой 55P/Темпеля-Тутля, впервые зарегистрированной в 1865 г., которая имеет период, равный 33 годам. Метеорное вещество сконцентрировано около кометы, а не распределено равномерно по орбите. Поэтому красивые зрелища возможны только раз в 33 года, хотя и в этом случае они не обязательны, особенно если комета проходит слишком далеко от орбиты Земли.

Персеиды

17

Сильный ежегодный метеорный поток, радиант которого лежит недалеко от звезды Эта Персея. Пик потока приходится на 12-13 августа, а его нормальные пределы - с 23 июля по 20 августа.

Метеорный поток связан с кометой 109P/Свифта-Туттля. Это один из красивых и наиболее стабильных ежегодных потоков с максимальными интенсивностями от 50 до 100 метеоров в час.

Тауриды

Ежегодный довольно слабый (3-5 метеоров в час) метеорный поток, двойной радиант которого лежит в созвездии Тельца. Пик потока приходится на 3 ноября, пределы с 13 сентября по 29 ноября. Метеорный поток связан с кометой Энке.

Собранная информация о метеорных потоках представлена в таблице 1.

Таблица 1.

18