ПРИМЕНЕНИЕ НАУЧНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРИ АНАЛИЗЕ ЭВОЛЮЦИИ КОМЕТЫ 17P/ХОЛМСА

Н.В. Куликова, В.И. Тищенко

Институт атомной энергетики Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Россия

nelvaku@yandex.ru, tvitvi@bk.ru

Оглавление

1. Введение

2. Постановка задачи

3. Исходные условия для моделирования

4. Способ исследования, компьютерная технология и инструменты визуализации

5. Анализ изображений визуализации результатов моделирования

6. Заключение

Список литературы

Аннотация

Разработанная авторами компьютерная технология была применена для получения характеристик пространственно-временных вариаций движения небесного объекта малой массы. Объект рассматривается как элемент динамической системы при условии недостаточной определенности исходных данных. Технология осуществляет моделирование процесса вероятностной дезинтеграции исследуемого объекта (в данном случае кометы 17Р/Холмса) и дальнейшее эволюционное движение кометы и возможного новообразования в форме метеороидного комплекса. Расчетный период охватывает известный жизненный цикл кометы от момента первого наблюдения до настоящего времени и перспективно до 2300 года. Странности, проявившиеся в движении кометы после прохождения перигелия в 2014 г. и отмеченные наблюдателями, вполне объяснимы мощным выбросом вещества из ядра кометы со скоростями свыше 100 м/с при её движении к Сатурну и последовавшим воздействием этого процесса на кратковременное изменение регулярности движения с дальнейшим его восстановлением. Как показывают результаты анализа визуализации данных моделирования, подобные явления для данного объекта повторяются через определенное количество возвращений и возникают при определенном взаиморасположении в пространстве трех тел Юпитера–кометы–Сатурна. Визуализация расчетных данных позволяет провести прогностический анализ последующих появлений исследуемого объекта.

Ключевые слова: компьютерная технология, моделирование, комета, орбита, эволюционное движение, визуализация результатов, прогностический анализ

1. Введение

В классе малых тел Солнечной системы особый интерес представляют газо-пылевые образования, именуемые кометами. Предполагается, что большинство комет имеет твердое ядро небольшого размера, окруженное газовой оболочкой-комой. Принято считать, что ядро в большинстве случаев представляет собой конгломерат смерзшихся льдов различного состава с вкраплениями тугоплавкой составляющей (модель Ф. Уиппла – старшего). Кроме того, каждая комета имеет образования, именуемые хвостами. Газовые хвосты по классификации бывают трех типов и всегда направлены в сторону от Солнца, а аномальный пылевой хвост всегда направлен к Солнцу. Основной интерес исследователей представляют кометы, движущиеся по эллиптическим орбитам, так как их можно наблюдать неоднократно и проследить за их жизненным циклом, который часто охватывает временной интервал, намного превышающий срок человеческой жизни. Поэтому, в исследованиях важны не только данные фиксированных наблюдений за отдельными кометами, но и всевозможные модельные интерпретации на разных стадиях существования этих объектов. Из наблюдений известно, что кометы крайне нестабильные образования. Процессы, определяющие внезапные всплески яркости у комет неясны и труднообъяснимы. В последние десятилетия наблюдателями зафиксировано значительное количество комет, вспыхивающих на гелиоцентрических расстояниях свыше 5 а. е., что не может объясняться сублимационными процессами за счет нагрева при приближении к Солнцу. При любом процессе дезинтеграции кометы вокруг неё каждый раз образуется облако пылевой материи, изначально движущейся в газовом потоке совместно с родительским телом по орбитам, незначительно отличающимся от орбиты самой кометы. Это новообразование - метеороидный комплекс - в дальнейшем имеет собственную историю существования, как связанную с кометой-родоначальницей, так и свою собственную. При встрече Земли с таким образованием и прохождением внутри него в атмосфере возникает такое явление как метеорный поток. Проникновение метеороидов в атмосферу Земли, дробление, распыление, сгорание, выпадение остатков на поверхность Земли и т. д. не может не интересовать человечество в рамках его жизнедеятельности.

2. Постановка задачи

Целью данной работы является проведение максимально возможного сравнения данных наблюдений кометы 17Р/Холмса, полученных в 2000-2007-2014гг. с результатами численного моделирования. Основой моделирования является вычислительный эксперимент с математической моделью дезинтеграции сферического тела переменной массы за счет равновероятностного выброса вещества из ядра кометы вследствие неконкретизируемого физического процесса. Математический аппарат модели выброса неоднократно опубликован в открытой печати и подробно представлен в [1]. Далее в условиях имеющихся неопределенностей некоторых характеристик кометы 17Р/Холмса к ней применяется компьютерная технология исследования малых тел Солнечной системы [2, 3] как к комете – родоначальнице метеороидных роев. Отслеживается возникновение новообразования и последующее эволюционное движение родительского тела в окружении развивающегося модельного комплекса на длительном интервале времени с учетом влияния различных эффектов гравитационного и негравитационного характера. Рассмотрев качественную картину явлений и пространственное расположение космических объектов Солнечной системы в конкретные временные моменты, предпринимается попытка понять некоторые странности движения кометы 17Р/Холмса и предположить будущие её появления до 2300года.

3. Исходные условия для моделирования

Комета была открыта 6 ноября 1892 года астрономом - любителем Э. Холмсом. Оно было подтверждено астрономами Англии. Независимо комета была зафиксирована 8 ноября в Шотландии, а 9 ноября в Австралии. Уже к 17 ноября была рассчитана орбита кометы независимо друг от друга г. Крейцем (Германия) и Дж. Сирлаи (США). Наблюдения за кометой показали, что её открытие произошло в момент мощной вспышки блеска. Комета вновь наблюдалась в 1899 и 1906 годах, далее в течение десяти обращений она не наблюдалась. Комета была переоткрыта в 1964 году Э. Ремер по эфемериде, рассчитанной Б. Марсденом, и до 1986года наблюдалась регулярно. Однако, в 1993 году наблюдения были затруднены повсеместно, так как комета предстала в виде объекта18 звёздной величины с незначительной центральным сгущением и комой диаметром 20 угловых секунд. В 2000 году она появилась как объект 16 звёздной величины. По расчётам орбиты и яркости кометы были определены диаметр её ядра и величина комы. Пройдя перигелий 4 мая 2007 года с той же яркостью, в конце октября за сутки (24-25) на расстоянии 1,63 а. е. от Земли она грандиозно увеличила блеск и достигла яркости 3 звёздной величины [4]. Диаметр комы возрос с 0,5 до 13 угловых минут. Весьма трудно поддается хоть какому – либо объяснению абсолютно правильная форма образовавшегося при выбросе облака пыли и газа. Анализ данных, полученных телескопом «Spitzer» показал, что пылевые частицы, выброшенные при вспышке, представляют собой мельчайшие и однородные силикатные образования. Газово-пылевое образование - метеороидный комплекс, возникающий при выбросе вещества, движется обычно со скоростью несильно отличающейся от скорости родительского тела, даже если скорость выброса достигает значительных величин (до 500 м/с- комета 1Р/Галлея). В большинстве случаев такая скорость не более 100 м/с и даже значительно меньше. Скорость выброса вещества для кометы 17/Р Холмса в 2007 году, как отмечают наблюдатели, не превосходила 75 м/с. Еще одной странностью этой вспышки является длительность самой вспышки (более 12 часов) и равномерное распределение по времени и пространству (по всей поверхности ядра) выбрасываемого вещества. Странная регулярность наблюдаемых процессов отмечается примерно на одном и том же участке кометной орбиты. Основной вывод активных научных исследований явления октябрьской вспышки кометы: даже с помощью самых современных инструментов не удается понять природу происходящих на комете процессов. При этом оказываются несостоятельными все имеющиеся гипотезы.

4. Способ исследования, компьютерная технология и инструменты визуализации

Первым этапом моделирования явилось восстановление орбиты кометы для всех ненаблюдаемых с Земли возвращений кометы до 2007 года. Исходные данные для начала моделирования базировались на наблюдениях, опубликованных в открытой печати [4]. По этим данным было проведено моделирование на интервале 1892-2007гг. Полученные результаты показали хорошее согласие с имеющимися наблюдениями и явились основой для продолжения перспективного моделирования. Предварительный анализ результатов показал, что эволюционное изменение орбиты кометы имеет длительные временные интервалы, что и определило верхнюю границу моделирования – 2300 год. Наличие имеющихся значительных объёмов данных по малым телам Солнечной системы, как оказалось, недостаточно для построения исчерпывающих моделей эволюции небесно-механических систем. Процессы дезинтеграции оказывают существенное влияние на эволюцию движения самих малых тел, изменяя их орбиту, и формируют метеороидные комплексы, состоящие из выброшенных фрагментов различного размера и массы, движущихся по орбитам, сходным с первоначальной орбитой родительского тела. В качестве первого результата моделирования выявляются основные тенденции изменений орбитальных элементов выброшенных фрагментов и строится общая картина заполнения региона космического пространства орбитами продуктов распада исследуемого объекта на расчётном интервале времени, что позволяет исследовать взаимосвязь комет и их метеороидных комплексов с метеорными потоками, наблюдаемыми в атмосфере Земли.

Компьютерное моделирование процессов, которые трудно и просто невозможно воспроизвести в реальной жизни в целом ряде задач, является единственно возможным способом их исследования. Проектирование рациональной компьютерной технологии обработки данных является довольно сложной задачей. Это обусловлено тем, что интерпретация больших информационных массивов относится к классу сложных многофакторных систем, когда учитываются как алгоритмы обработки, так и вопросы обмена данными между различными составляющими технологии, поскольку обобщённые характеристики обработки данных используются другими приложениями технологии для детализации показателей на других уровнях системы обработки данных. Одним из критериев оптимизации технологии является время реализации задачи на ЭВМ, зависящее как от аппаратной платформы, так и от методов обмена данными между приложениями в рамках конкретной операционной системы. Разработанная компьютерная технология - модульная. Одним из её достоинств является принцип открытости и наращиваемости – фундаментальный принцип проектирования современных операционных систем. Это позволяет наращивать функции технологии и при необходимости легко заменять или расширять список применяемых алгоритмов. В базовом варианте модели эрупции вещества из ядра кометы-родоначальницы рассматривается равновероятный выброс вещества в любой точке кометной орбиты с заданной скоростью выброса. Математический аппарат вероятностного моделирования орбитального кеплеровского движения фрагмента опубликован [1, 5]. В дальнейшем развитие алгоритма осуществляется в сторону приближения модели к реальности. Имеется модуль учета гравитационных возмущений в форме двух составляющих - задачи N-тел и тесного сближения фрагмента с конкретной большой планетой Солнечной системы [6, 7]. Рассмотрена возможность добавочного изменения орбитальных элементов за счёт появления сублимационного процесса, возникающего при приближении кометы к Солнцу и создающего газовый поток, который выносит пылевую материю с поверхности кометы. Следующим шагом усложнения модели явился учёт влияния негравитационных эффектов, вызванных поглощением и последующим переизлучением солнечной радиации как вращающимся, так и невращающимся компонентом пылевой составляющей метеороидного комплекса [8]. Кроме того, принимается также во внимание эффект возможного смещения родительского тела с основной орбиты как следствие выбросового процесса.

Процессы, возникающие в недрах кометного ядра и на его поверхности, являются стохастическими, когда априори неизвестны начальные условия дезинтеграции и выброса твёрдой составляющей. А так как случайность есть неотъемлемая часть большинства природных явлений, то стохастический подход в данном случае оказывается весьма удобным. Поскольку стохастические модели порождают большие информационные массивы выходных данных, которые достаточно трудоёмко анализировать обычными методами, необходимо создать представление результатов исследования в виде графиков и трёхмерных изображений. При этом визуальные образы результатов моделирования оказываются весьма полезными при концептуальном изучении поведения небесного объекта на больших временных интервалах. Кроме того, предполагается, что поскольку в основном пользоваться данной технологией будут специалисты предметной области, должен быть создан простой, удобный и надёжный интерфейс.

Специализированная компьютерная технология построена по принципу клиент-серверной системы. В ее состав входят программный сервер и приложения, реализующие определённые задачи: моделирование и эволюция метеороидного комплекса, обработка результатов моделирования, построение графиков, трёхмерная визуализация, визуализация сечения модельного роя плоскостью эклиптики, расчёт предельных значений критериев, устанавливающих принадлежность фрагментов выброса конкретному метеороидному рою, автоматическое сохранение всех выходных данных [9]. Технология реализована с применением прикладного интерфейса программирования API OpenGL и библиотеки компьютерного зрения OpenCV на СИ++ в среде Windows.

В приложении «Дезинтеграция» реализована вероятностно-статистическая модель распада родительского тела. Величина и направление скорости выброса вещества моделируются случайным образом в заданных пределах прямым методом Монте-Карло. Модель распада при необходимости может быть заменена другим процессом. Входными данными приложения являются: параметры кеплеровой орбиты объекта дезинтеграции (a, e, i, W, w, P); возможный диапазон изменения скорости выброса и количество интервалов, на которое разбивается данный диапазон скоростей; диапазон изменения расчётного значения истинной аномалии и величина его приращения; конечное число испытаний при использовании датчика случайных чисел. Для конкретных объектов параметры кеплеровой  рбиты объекта выбираются из действующего на данный момент каталога орбит. Возможный диапазон изменения скорости выброса определяется на основании литературных источников по конкретному объекту. Выходными данными приложения являются отклонения элементов кеплеровой орбиты фрагментов от родительской орбиты (δa, δe, δi, δW, δw) по всем точкам дезинтеграции и всем интервалам скоростей выброса.

В приложении «Визуализация» реализовано трехмерное представление результатов моделирования для формирования пространственной модели метеороидного комплекса [9]. Модельный комплекс образуется орбитами эллиптического типа для фрагментов распада при разных скоростях выброса вещества в заданном интервале изменения истинной аномалии. Решаемые задачи: построение 3D - изображения для выбранного эксперимента, сдвиг и поворот осей координат; применение секущей плоскости при построении двумерного (плоскости оскулирующей орбиты или плоскости эклиптики), отображение небесной сферы, экватора, орбит планет Солнечной системы, наложение нескольких изображений на одно.

Входные данные системы визуализации задаются начальными параметрами кеплеровой орбиты родительского тела и полученными отклонениями орбитальных элементов фрагментов выброса для конкретных значений скорости и точки выброса вещества, где моделируется выброс. Параметры, определяющие форму орбиты фрагмента, вычисляются по параметрам родительской орбиты с учетом величин отклонений для соответствующих параметров данного фрагмента. Построение изображения выполняется в гелиоцентрической системе координат.

Большое значение при визуализации имеет цвет отображаемых орбит. Он помогает анализировать изображение и правильно ориентироваться при его поворотах. Для формирования на экране нужной пользователю трехмерной сцены используется оконный интерфейс ОС Windows. Визуальные образы могут использоваться при концептуальном изучении поведения небесного объекта на больших отрезках времени в прикладных исследованиях.

В процессе моделирования и дальнейшего эволюционного движения сама комета находится внутри границ создаваемого ею метеороидного комплекса. Метеороидный рой образуется пылевыми частицами, выбрасываемыми с разными скоростями выброса вещества в пределах заданных граничных значений с заданными интервалами. В наших расчётах верхняя граница скорости выброса была принята 100 м/с, количество интервалов, на которое разбивался диапазон скоростей, равнялся 10, т.е. метеороидный рой в каждой точке, где моделировался выброс, образовывался из частиц, выброшенных со скоростями 10, 20, 30,……, 100 м/с.

Существенный объем расчетных данных, полученных при вычислительном эксперименте, и их визуальная интерпретация представлена в [5].

5. Анализ изображений визуализации результатов моделирования

Для дальнейшего анализа тенденций поведения кометы рассмотрим ситуацию, показывающую расположение модельных метеороидных комплексов в плоскости эклиптики на интервале 1892-2300 гг. (рис. 1). Все указанные на рисунке даты приводятся на момент прохождения кометой перигелия в указанном году. Видно, что через определенные промежутки времени меняется расположение объекта на плоскости эклиптики. Эти изменения происходят как по оси X, так и по оси Y. В отдельные годы они весьма существенны. Пересечения орбит метеороидных комплексов определенного количества появлений группируются и образуют зоны в количестве 12-13 появлений кометы в каждой зоне, после чего комета достаточно резко меняет свое положение в пространстве.

Рис. 1. Динамика траекторий метеороидных комплексов кометы 17Р/Холмса в появлениях 1892-2300 гг. (сечение  плоскостью эклиптики). В левом верхнем углу - отрезок орбиты Марса

Эту ситуацию несколько проясняет рис. 2, на котором приведены вариации перигелийного расстояния q (а. е.) орбиты кометы 17P/Холмса в появлениях исследуемого временного интервала. График отражает нестабильность формы орбиты, выражающуюся в резких увеличениях и уменьшениях значения перигелийного расстояния q в отдельные даты.

Рис. 2. Вариации перигелийного расстояния q (а. е.) орбиты кометы 17Р/Холмса в появлениях 1892-2300 гг.

Между этими датами форма орбиты также подвержена изменениям, но они менее значительны и весьма условно можно их определить как колебательные. На рис. 3. приводятся вариации угловых элементов орбиты кометы i, Ω, w, которые отражают пространственную ориентацию объекта. Из анализа приведенных графиков можно сделать следующее заключение: форма орбиты под влиянием невыясненных обстоятельств крайне изменчива, а через определенные промежутки времени весьма значительно. В то же время ориентация орбиты в пространстве изменяется если и неравномерно, то все же в определенном устойчивом режиме. Так величина наклона орбиты к плоскости эклиптики i уменьшается за период 1892-2300 гг. с 20,805 до 16,575 (рис. 3, верхний график), долгота восходящего узла меняется с 333,22 до 316, 059  (рис. 3, нижний график), а аргумент перигелия возрастает с 14,28 до 37,50 (рис. 3, верхний график).

Рис. 3.Вариации угловых элементов i, Ω, w орбиты кометы 17P/Холмса в появлениях 1892-2300 гг.

Итак, комета 17Р/Холмса, испытав мощный катаклизм в появлении 1906 года, постоянно меняет форму орбитального эллипса, что дает «плавающий перигелий» и в перспективе отражает нереальность долговременного наблюдения кометы в одной и той же области пространства, при этом угол между плоскостью орбиты и эклиптикой неуклонно уменьшается. Кроме того, из рис. 2 следует, что фактор явлений выброса массы, как бы ответственных за изменение формы эллипса орбиты, имеет тенденцию к затуханию. Наши заключения могут быть подтверждены двумя путями: а) более длительным интервалом моделирования, включая моделирование назад (до 1892 г.); б) регулярным анализом модельных результатов с полученными наблюдениями при каждом новом прохождении кометы.

Следуя пункту б) обратимся к наблюдениям прохождения кометы в 2000, 2007, 2014 гг. Компьютерная технология позволяет получать трехмерные образы расположения объектов Солнечной системы в конкретные заданные моменты времени. Анализ образов пространственного расположения объектов в годы появления кометы на всем моделируемом интервале показал, что вариации орбиты зависят, в основном, от состояния системы трех тел: Юпитер – комета – Сатурн. Определяются два интервала времени, ответственные за наиболее сильные изменения формы орбиты кометы, связанные с резонансом этих планет (2:5): 59 – 60 лет и 178 лет [5]. Это означает, что свое воздействие на комету система Юпитер – Сатурн оказывает не в одной и той же точке кометной орбиты, а на некотором участке ее движения. По модельным расчетам, исходя из вариаций периода обращения это дуга орбиты длиной в 0,5 оборота. Конкретная точка катаклизма зависит от того, где образуется связка Юпитер – комета – Сатурн и насколько близко комета проходит около Юпитера (см. рис. 4 - 6). Следует заметить, что прогностические предположения, сделанные авторами [10], наблюдавшими за метеороидным роем, образовавшимся в процессе “взрыва“ кометы в 2007 году, хорошо согласуются с нашими модельными результатами.

Ситуации пространственного расположения объектов на конкретном обороте кометы будем анализировать в двух точках орбиты – в перигелии (0°) и афелии (180°). На рис. 4 приведена такая ориентация для появления кометы 17Р/Холмса в 2000 г., 2007 г., 2014 г. Видно, что наиболее интересна ситуация 2000 г. в районе афелия, когда Юпитер и Сатурн находятся с одной стороны от кометы, а сама комета весьма близко расположена к Юпитеру. Можно предположить, что при таком прохождении объект подвергся воздействию, которое повлияло на достаточно сильное изменение формы орбиты кометы: резкое уменьшение перигелийного расстояния на обороте 2000 – 2007 гг. с 2,15 до 2,05 а. е. (рис. 2), что хорошо согласуется с наблюдениями. На обороте 2007 – 2014 гг. ситуация другая. В 2007 г. планеты находятся по разные стороны от кометы, при этом только Сатурн находится в области афелия. Такая ситуация почти не повлияла на форму орбиты. И по данным наблюдения и по расчетным данным величина перигелийного расстояния q изменилась незначительно с 2,053 а. е. в 2007 г. до 2,056 а. е. в 2014 г. (рис. 2). Модельные расчеты показывают, что к 2021 году ситуация снова должна изменится. В районе афелия кометы находится Юпитер и комета, проходя около него, должна будет подвергнуться значительному воздействию (что показали наблюдения в предыдущих появлениях) и далее на пути к Сатурну может получить от него ещё дополнительное воздействие. В итоге к 2021 г. по результатам моделирования перигелийное расстояние должно увеличиться до 2,081 а. е. Технология позволяет получать такие картинки в любой точке кометной орбиты (рис. 5).

2000 (0˚)	2000 (180˚)
2007 (0˚)	2007 (180˚)
2014 (0˚)	2014 (180˚)

Рис. 4. Пространственная ориентация кометы 17P/Холмса в появлениях 2000 г., 2007 г., 2014 г. в перигелии и афелии

Анализ данных визуализации проводился нами для большого числа появлений кометы в разных точках ее орбиты. Выборка изображений для анализа осуществлялась автоматически по заданному шаблону. Для данной работы шаблоном явилась пространственная ориентация 1906 г., поскольку на обороте 1906 – 1913 гг. резко возрастало перигелийное расстояние кометы.

Рис. 5. Состояние системы Юпитер – комета – Сатурн в появлении 2000 г. кометы 17Р/Холмса в точке истинной аномалии 147°

Нашлось четыре изображения (рис. 6), где показана пространственная ориентация кометы для появлений 1906, 1964, 2048, 2142 гг., когда комета, пройдя перигелий, двигалась к афелию.

1906 (147˚)	1964 (147˚)
2048 (147˚)	2142 (147˚)

Рис. 6. Система Юпитер–комета-Сатурн в появлениях кометы 17Р/Холмса в 1906, 1964, 2048, 2142 гг. в точке истинной аномалии 147° (приближение к афелию)

На оборотах 1906 г. и 2048 г. у кометы резко увеличивалось перигелийное расстояние, а в 1964 и 2142 г. резко уменьшалось значение q (рис. 2). Такие резкие изменения q как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения более чем на 0,1 а. е. для данной кометы происходят нечасто. На моделируемом отрезке времени 1892 – 2299 гг., таких всплесков в изменении q обнаруживаются всего пять . На рис. 6 видно, что расположение кометы относительно Юпитера и Сатурна на этих оборотах примерно одинаково, однако, в 1906 г. и 2048 г. q резко возрастает, а в 1964 г. и 2142 г. уменьшается. Для объяснения этого факта, возможно, следует обратить внимание ещё и на разноудаленность кометы в эти моменты от Солнца (рис. 7). Данные для рис. 7 взяты из [11]. Элементы кометы i, Ω, w в эти годы также имеют скачкообразные изменения (рис. 3).

Рис. 7. Вариации расстояний кометы 17Р/Холмса до Солнца и Земли на расчетном интервале

6. Заключение

Уровень современных знаний о планетах Юпитер и Сатурн, о происходящих на них процессах, возможностях их воздействия на другие объекты не позволяют сделать конкретные и обоснованные выводы. Однако, некоторые предположения можно обосновать. Прежде всего это относится к «странностям» в орбитальном движении кометы. Так анализ снимков кометы, полученных в течение девяти ночей в ноябре 2007 года показал, что от ядра кометы кроме пыли и газа отлетает со скоростью около 125 м/с большое количество небольших объектов.

Каждый такой объект имеет ядро, собственное облако газа и пыли вокруг ядра (кома?) и хвост. Наблюдатели отмечают, что это более похоже на маленькие миникометы, чем на каменные осколки ядра кометы [12-13]. В 2014 году комета прошла перигелий 27 марта и продолжала свое движение обычным порядком. Внезапно 13 июля она изменила направление своего движения на обратное, затем замедлилась и вновь двинулась к Сатурну. Объяснений этому явлению пока не имеется.

Учитывая характер наблюдаемых выбросовых процессов, можно рассмотреть в качестве основного фактора, вызвавшего наблюдаемое поведение кометы, динамический эффект выброса. Считается, что несистематические изменения в движениях комет могут быть обусловлены выбросом материи из кометных ядер независимо от природы выбрасываемого вещества. Динамическим следствием как однократного выброса, так и серии следующих друг за другом выбросов является импульс, действующий на ядро в направлении, противоположном движению выбрасываемого вещества [1, 7, 8]. Этот негравитационный эффект внезапного характера обычно дает небольшие отклонения в кометных движениях. Однако, величина импульса зависит от мощности взрывного процесса и для наблюдаемого явления вполне может оказаться существенно значимой величиной. Кроме того, в наблюдаемые 2000 г., 2007 г., 2014 г. комета наиболее близко проходит около Солнца (рис. 7) и под воздействием каких именно сил оказывается комета неизвестно. Существенно ещё и то, что в эти годы она проходит в значительной близости от Юпитера (см. рис. 4).

Итак, всё выше сказанное определяет следующий вывод: одних данных наблюдений недостаточно для понимания результатов жизнедеятельности такого объекта как комета 17Р/Холмса. Для дальнейших комплексных интерпретаций наблюдаемых явлений кроме наблюдений и вероятностного моделирования процесса дезинтеграции кометы желательно учесть состояние самого Солнца именно в период движения объекта в сфере его влияния, а также рассмотреть нестабильность процессов, происходящих на Юпитере и Сатурне, и хотя бы ориентировочно оценить их влияние на проходящий метеороидный комплекс. Как показывают результаты приведенного анализа, научная визуализация расчетных данных в рамках компьютерной технологии изучения малых тел Солнечной системы позволяет провести прогностический анализ последующих появлений исследуемого объекта.

Список литературы

1. Куликова Н.В. Образование, эволюция и природа метеороидных роев в космическом пространстве. Докт. дисс. Обнинск. 1985. 326 с.
2. Kulikova N.V., Tischenko V.I. Computer technologies for processing and presenting simulation results and astronomical observational data. Astronomical and Astrophysical Transactions. 2003. № 4-5. С. 535-541.
3. Куликова Н.В., Тищенко В.И. Возможности компьютерного моделирования орбитальной эволюции космических объектов малой массы. Вестник РосНоу. 2012. №4. С. 34-41
4. http://www.astronet.ru/db/msg/1224119
5. Куликова Н.В., Тищенко В.И., Петровская Е.Н. Особенности динамики движения кометы Холмса на интервале 1892-2300 лет. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества (ЧЭС). Международный научный журнал. 2013. №4 т. С. 98-106.
6. Чепурова В.М., Куликова Н.В. Об учете гравитационных возмущений при компьютерном моделировании процесса образования метеороидных комплексов. Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. М.Ф. Решетнева. Красноярск. 2011. Вып. 6 (39). С.83-85.
7. Баканас. Е.В. Статистические и динамические закономерности распределения малых тел в Солнечной системе. Канд. дисс. Москва. 2005. 91 с.
8. Секанина З. Негравитационные эффекты в движении комет и модель произвольно вращающегося ядра. Проблемы космической физики: Межведомственный сборник. Киев. 1968. Вып. 3. С. 82-97.
9. Тищенко В.И. Компьютерная технология исследования метеороидных комплексов в ближнем космосе. Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н., Обнинск, 2005, 162 с.
10. Esko Lyytinen, Markku Nissinen, Harry J. Lehto Ongoing meteor work. WGN, the Journal of the IMO 41:3 (2013). p. 77-83
11. JPL Small-Body Database Browser 17P/Holmes spk-id 1000044 http://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb.cgi?sstr=17p;cov=0;log=0;cad=0
12. www.lenta.ru/news/2009/09/16/minicomets/
13. www.artefact-2007.blogspot.com

---

SCIENTIFIC VISUALIZATION APPLIED FOR ANALYZING EVOLUTION 17P/HOLMES

N.V. Kulikova, V.I. Tischenko

Obninsk Institute for Nuclear Power Engineering

nelvaku@yandex.ru, tvitvi@bk.ru

Abstract

Analyzed are the results obtained by a computer technology which allows one to simulate the probabilistic disintegration of a celestial object (in this context comet 17P/Holmes) and further evolutionary movement of the comet itself as well as the expected formed swarm of meteoroids. The calculation period covers the whole known comet lifecycle from its first observation until now and in three centuries perspective. The ejection rate values vary within the observational data. Strange nesses appeared in the orbital comet movement after its perihelion passage and noted by many observers in 2014 are easily explained by a major ejection of matter from the cometary nucleus at the rates above 100 m/s in its movement to Saturn and the following impact of this process on a short-term change in movement regularity with its future recovery. Long-range simulation and visualization results show that such phenomena recur in a certain quantity of returns and are associated with the well-defined mutual spatial arrangement of three bodies: Saturn - comet Holmes - Jupiter. Visualization of calculated data allows performing a prognostic analysis of next returns of the object studied.

Key words: computer technology, simulation, comet, orbit, evolutionary movement, visualizing results, prognostic analysis

References

1. Kulikova N.V. Formation, revolution and nature of meteoroid streams in space. Doctor’s thesis. Obninsk. 1985. 326 p.
2. Kulikova N.V., Tischenko V.I. Computer technologies for processing and presenting simulation results and astronomical observational data //Astronomical and Astrophysical Transactions. 2003. № 4-5. С. 535-541.
3. Kulikova N.V., Tischenko V.I. Vozmozhnosti komp'juternogo modelirovanija orbital'noj jevoljucii kosmicheskih ob#ektov maloj massy [Possibilities of computer modeling of orbital evolution of small space objects]. 2012. No. 4. pp. 34-41.
4. http://www.astronet.ru/db/msg/1224119
5. Kulikova N.V., Tischenko V.I. Osobennosti dinamiki dvizhenija komety Holmsa na intervale 1892-2300 let [Peculiarities of the dynamical motion of Holmes comet from 1892 to 2300]. 2013. Vol. 2, no. 4. P. 98-106
6. Chepurova V.M., Kulikova N.V. Ob uchete gravitacionnyh vozmushhenij pri komp'juternom modelirovanii processa obrazovanija meteoroidnyh kompleksov [Consideration of gravity exitations in computer simulation of meteoroid complex formation]. 2011. Vol. 6 (39). pp.83-85
7. Bakanas E.V. Statisticheskie i dinamicheskie zakonomernosti raspredelenija malyh tel v Solnechnoj sisteme [Statistical and dynamical regularities in small body distribution in the Solar System]. Condidate’s thesis. Moscow. 2005. 91 p.
8. Sekanina Z. Negravitacionnye jeffekty v dvizhenii komet i model' proizvol'no vrashhajushhegosja jadra [Non-gravitational effects in cometary motion and the model of a freely rotating nucleus]. Problems of space physics: Interintitutional collection. Kirv. 1968. Vyp. 3. P. 82-97.
9. Tischenko V.I. Komp'juternaja tehnologija issledovanija meteoroidnyh kompleksov v blizhnem kosmose [Computer technology for studying meteoroid complexes in the nearspace]. Candidate’s thesis in phys. and math., Obninsk, 2005. 162 P.
10. Esko Lyytinen, Markku Nissinen, Harry J. Lehto Ongoing meteor work. WGN, the Journal of the IMO 41:3 (2013). pp. 77-83
11. JPL Small-Body Database Browser 17P/Holmes spk-id 1000044 http://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb.cgi?sstr=17p;cov=0;log=0;cad=0
12. www.lenta.ru/news/2009/09/16/minicomets
13. www.artefact-2007.blogspot.com