ЗВЕЗДНЫЙ ПАТРУЛЬ

Космический комплекс для исследования внесолнечных планетных систем,
предлагается для включения в Федеральную космическую программу на 2016-2025 гг

Карта сайта:

Главная
Главная страница сайта

Экзопланеты
Современные сведения, актуальные и значимые наблюдательные задачи

Методы и интструменты
Методы и инструменты обнаружения и исследования экзопланет

Звездный Патруль. Фотометрия
Научные задачи и инструментальные возможности фотометрической части миссии

Звездный Патруль. Прямое наблюдение экзопланет
Научные задачи и инструментальные возможности по прямому наблюдению экзопланет

Звездный Патруль. Солнечная система
Научные задачи дистанционного исследования планет и малых тел Солнечной Системы

Лаборатория 535 (отдел 53 ИКИ РАН): фотометрии и ИК-радиометрии
Состав и основные публикации сотрудников лаборатории

Звездный патруль. Солнечная система

Марс
Венера
Исследование Меркурия
Исследование Урана и Нептуна
Наблюдение ледяных спутников планет
Исследования малых тел Солнечной системы

Современные планетология и климатология изучают внутреннее строение, поверхности и атмосферы планет, их физику и химию. Для этого используются экспериментальные методы, совмещающие как наземные астрономические наблюдения, так и методы дистанционного зондирования планет с межпланетных космических аппаратов, применяются современные методы обработки данных, развиваются теоретические модели. Результаты наземных и орбитальных наблюдений успешно дополняют друг друга. Наиболее доступными для наблюдений являются атмосферы планет земной группы, планет-гигантов и спутников планет.

Марс

В настоящее время актуальны исследования атмосферы Марса. Климат Марса определяется тремя основными циклами: водяным, пылевым и циклом углекислого газа CO2 (основной составляющей атмосферы 96,5%). Измерения с орбитальных и посадочных аппаратов за последние 40 лет дали много нового для понимания временных и пространственных вариаций этих важных составляющих атмосферы Марса, а также основных закономерностей их циклов. Смена сезонов на Марсе и на Земле происходит аналогичным образом, так как наклонение экватора к эклиптике этих двух планет почти одинаково. Эксцентриситет орбиты Марса достаточно велик и достигает 0.093, что приводит к отношению падающего солнечного излучения в перигелии и афелии порядка 1,45 раза. Большие сезонные вариации в нагреве планеты приводят к значительным по сравнению с Землей вариациям климата планеты в зависимости от ее положения на орбите. Например, этим объясняют возникновение глобальных пылевых бурь, наблюдаемых на Марсе вблизи перигелия (лета в южном полушарии). В зимнем полушарии растут полярные шапки, а летнем сохраняются сравнительно небольшие их остатки. Однако осенний рост и весеннее сокращение марсианских полярных шапок происходят, в отличие от земных, в результате конденсации или испарения основной атмосферной составляющей (CO2), что приводит к сильному меридиональному переносу атмосферных масс. Мониторинг полярных шапок Марса возможен в спектральном диапазоне от 1,2 до 3 мкм. В основном это касается узких полос CO2 льда в диапазоне от 1,3-3 мкм, например, полоса 1,45 мкм.
  • Наблюдения водяного пара и изотопное отношение HDO/H2O
  • Наблюдения метана и других малых составляющих
  • Наблюдения озона
  • Мониторинг пылевых бурь и облаков
Венера

Венера – ближайшая к Земле планета, похожая на Землю по размерам и количеству поглощаемой солнечной энергии: отношение солнечной постоянной на Венере и Земле составляет около 2, но если Венера отражает около 75% падающей солнечной радиации, то Земля только 30%. Давление у поверхности Венеры составляет 93 атмосферы и температура около 735К. На 96,5% атмосфера состоит из углекислого газа. Венера полностью покрыта толстым слоем облаков. Основным компонентом облачного слоя на высоте 45-70 км на всех широтах является серная (75 – 85 %) кислота H2SO4. Главная мода атмосферной циркуляции Венеры – обратная зональная суперротация всей атмосферы, включая нижнюю и среднюю, до высоты около 100 км.

Интенсивные исследования Венеры велись в основном в 70-х – 80-х годах прошлого века и включали ряд советских посадочных аппаратов (Венера 4-14), орбитальных аппарата (Венера 9-10, 15-16), а также международные проекты: Вега 1 и 2, Пионер-Венера, Магеллан (НАСА, США), аэростатные зонды (Вега 1 и 2). После долгого перерыва в 2006 году на орбиту Венеры вышел европейский орбитальный аппарат Venus-Express, который проводит зондирование атмосферы Венеры от поверхности до термосферы.

В последние годы достигнут заметный прогресс в понимании циркуляции венерианской атмосферы, однако многие фундаментальные вопросы остаются без ответа. К ним относятся: проблема изотопного отношения D/H; природа ультрафиолетового поглотителя; наличие современной вулканической активности; вариации серных компонент; молнии; парниковый эффект, поддержание высокой температуры поверхности и др.

Исследование механизма разогрева и поддержания высокой температуры поверхности Венеры является важным для изучения возможных путей эволюции земного климата. Недавно открытая КА Venus-Express периодичность в колебании зональной компоненты скорости ветра на верхней границе облаков с периодом, близким к периоду суперротации 4,2-4,8 суток, пока не нашла объяснения.
  • Мониторинг серных компонент
  • Поиск неизвестного уф поглотителя
  • Исследование ночных свечений и динамики атмосферы
  • HDO/H2O изотопное отношение измерения водяного пара
  • Поиск молний на Венере
Исследование Меркурия

В отличие от Марса, Венеры, Юпитера и Сатурна, Меркурий не обладает развитой атмосферой, и нет оснований ожидать, что облик его поверхности будет изменяться со временем. Однако наблюдения Меркурия с Земли или с орбитального телескопа сильно осложняются из-за малой элонгации этой планеты (не более 28 градусов).

Угловые размеры Меркурия достаточно велики (от 4,7 до 12,9 секунд дуги), а динамические характеристики платформы наведения могут обеспечить безопасное проведение наблюдений в течение коротких (в несколько минут) теневых участков орбиты, на которых виден Меркурий. Построение изображений Меркурия в узких полосах вблизи 1 мкм могло бы оказаться полезным для определения неоднородности химического состава поверхности планеты и его корреляции с наблюдавшимися на «Маринере-10» особенностями рельефа планеты.

Наблюдения Меркурия, хотя бы изредка в периоды наибольшей элонгации было бы весьма актуальным также для картирования и изучения планеты и могли бы ответить на многие вопросы, поставленные КА Messenger.

Исследование Урана и Нептуна

Угловые размеры этих планет существенно меньше, чем у Юпитера и Сатурна, и поэтому информативность получаемых изображений будет заметно меньше. Тем не менее, наблюдения на предлагаемом телескопе, по-видимому, будут единственным доступным источником получения информации о динамике атмосфер этих планет. Несколько программ наблюдений дальних планет проводится на телескопе Хаббл (HST), но наблюдения эти эпизодические, и нет оснований надеяться на выделение под них дополнительного времени.

Наблюдение ледяных спутников планет

Научная программа исследований ледяных спутников планет-гигантов пока не сформулирована, но может быть включена в программу наблюдений заатмосферного телескопа. Особенно, это актуально совместно с планируемой экспедицией на Европу.

Исследования малых тел Солнечной системы

В связи с расширением освоения космического пространства резко возрастает интерес к населенности Солнечной системы малыми телами – метеороидами, астероидами, кометами. Для обеспечения безопасности космических полетов важным становится вопрос о количестве малых тел в межпланетном пространстве, их структуре, скорости движения, массах, плотности. С научной точки зрения необходимо понять процесс образования малых тел, изменение их характеристик под действием гравитационных сил и негравитационных эффектов, объяснить концепцию непрекращающегося формирования межпланетного комплекса малых тел. Эту концепцию подтверждают наблюдения последних лет. Новая техника наблюдений резко увеличила количество вновь открываемых объектов, как крупных (диаметром около 1 км), так и более мелких, диаметром 200 – 700 метров.

Массовые открытия неизвестных ранее астероидов, осуществления космических миссий к некоторым астероидам и кометам, открытие особого класса астероидов — астероидов, сближающихся с Землей, а среди них — группы потенциально-опасных астероидов, — все это привело к осознанию научным сообществом астероидно-кометной опасности, как одной из глобальных проблем, стоящих перед человечеством.

Размеры опасных АСЗ — от десятков метров (тела таких размеров способны преодолеть атмосферу) до нескольких десятков километров. Столкновение километрового астероида с Землей грозит глобальной катастрофой. Результаты наблюдений позволили оценить общее количество потенциально опасных объектов – около 1100. Однако нельзя гарантировать, что часть крупных астероидов не осталась незамеченной. Количество объектов меньших (декаметровых) размеров оценивается в 25000 – 30000. Последствия от падения на Землю таких объектов (100 – 1000 м) может соответствовать как глобальной, так и региональной катастрофам.

Было также обнаружено существование огромного количества объектов с размерами 10 – 100 метров, падения которых тоже могут вызвать большие разрушения.

В астрономии первая задача – определение звездной величины небесного тела. Астероиды светят отраженным светом Солнца. Блеск астероида зависит не только от его расстояния от Солнца и Земли, но и от угла фазы при его орбитальном и вращательном движении, а также от отражательной способности его поверхности (альбедо). Для астероидов чаще всего принимают среднее значение альбедо, равное 0,13, хотя разброс значений альбедо возможен от 0,7 до 0,03.

Для вычислений видимой звездной величины астероидов применяется сложная полуэмпирическая формула. Зная звездную величину и альбедо, можно найти значения диаметров, и наоборот. Понятно, что определения и альбедо, и диаметров отягощены многими оговорками и условиями. Свободные от предположений величины диаметров были измерены лишь для очень крупных астероидов (Церера, Паллада, Юнона, Веста) еще в конце 19 века с помощью нитяного микрометра на 90– и 100-см рефракторах Ликской и Иеркской обсерваторий. Диаметры еще нескольких десятков астероидов оценены довольно точно классическим методом астрономии – на основе наблюдений покрытий звезд этими астероидами. Новые методы определения диаметров и альбедо появились лишь в конце 20 века – сравнение блеска астероидов в видимой области спектра и их теплового излучения в инфракрасной области, выполненные с борта космических аппаратов. Выведенный на орбиту вокруг Земли в 1983 году спутник IRAS определил диаметры и альбедо для 2000 астероидов.

По данным IRAS, характер распределения альбедо астероидов имеет два максимума: в окрестности альбедо, равного 0,05, и в окрестности значения альбедо 0,2. Это означает, что существуют резко отличные оптические свойства поверхностных слоев астероидов. Следующим крупным шагом в изучении характеристик астероидов и их распределений стали результаты работы спутника WISE. Телескоп уделил внимание и околоземным астероидам, показав, что среди них куда меньше объектов средних размеров, чем считалось. Кстати, именно он сыграл важную роль в том, что на долю НАСА приходится обнаружение более 90% крупнейших околоземных астероидов. Были и непредвиденные открытия. Например, WISE впервые обнаружил троянский астероид, сложная орбита которого в определённом смысле совпадает с земной.

Альбедо 0,05 означает очень малую отражательную способность, и единственным объяснением может быть наличие сильно поглощающего углерода. Астероиды с низким альбедо получили название углистых, или С астероидов, с высоким – каменных, или S астероидов Естественно, что между S– и С– классами появилась целая шкала подклассов. Эта шкала отражает физическую классификацию астероидов, т.е. их спектральную отражательную способность, или предполагаемый химический состав астероида. Сейчас в этой шкале уже более 30 классов. Достаточно точно классифицировано лишь немногим более 300 АСЗ из известных более 10 тыс.

Все эти объекты, точнее наиболее интересные из них, могут являться программными объектами проектируемого космического телескопа «Звездный патруль» и их исследования позволят решить большое количество научных задач, связанных с происхождением и эволюцией Солнечной системы, а также внесут существенный вклад в изучение объектов, так называемой, астероидно-кометной опасности.

Ссылки:

ИКИ РАН

отдел 53 ИКИ РАН

Совет РАН по космосу - Секция Солнечная система

exoplanet.eu
exoplanets.org
Постоянно обновляемые и наиболее полные интернет-каталоги экзопланет

Литература по экзапланетной тематике
Библиография интернет-каталога exoplanet.eu

Проект "Звездный патруль", 2014
Сайт разработан и поддерживается лабораторией 535 (отдел 53) Института космических исследований Российской академии наук. Полное или частичное использование размещённых на сайте материалов возможно только с обязательной ссылкой на сайт проекта "Звездный патруль"