Ідентифікація астероїдів та вимірювання їхньої швидкості

Автор Чернецький Ігор
Завідувач відділу створення навчально-тематичних систем знань НЦ «Мала академія наук України», кандидат педагогічних наук, голова Всеукраїнської громадської організації «Асоціація учителів фізики “Шлях освіти – ХХІ”». Наукові інтереси: моделювання освітніх та навчальних середовищ загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів з урахуванням трендів розвитку сучасних засобів навчання.

Теоретична частина

Астероїди – це малі тіла Сонячної системи, які мають розміри, що не дають змогу ідентифікувати їх як планети. Розкид у розмірах складає від 1 км до 1000 км. Астероїди вважають залишками протопланетного диска, що залишилися після формування Сонячної системи. Загальна їхня кількість – більше 575 тис., а їхню загальну масу оцінюють у 4,2 × 10²¹ кг, що становить менше одного відсотка маси Землі.

Астероїди переважно зосереджені між орбітами Марса та Юпітера в Головному поясі астероїдів, хоча багато з них викинуті гравітацією великих планет за ці межі. Є значний клас астероїдів, орбіти яких перетинаються з орбітою Землі або наближаються до неї. Спостереження за відомими астероїдами та відкриття нових є як науковим, так і суто прагматичним завданням, оскільки для нашої планети деякі з цих тіл можуть нести небезпеку зіткнення.

Астероїди мають незначні розміри, тому їхня видима зоряна величина невелика і фіксувати їх неозброєним оком неможливо. Навіть звичайні спостереження в телескоп не дають можливості відрізнити їх від зірок. Проте регулярне фотографування однієї і тієї самої ділянки неба дає змогу ідентифікувати їх за зміщенням на тлі віддалених зірок.

У цій роботі використовуються серії світлин, отриманих на великому роботизованому телескопі у проекті The National Schools’ Observatory. Зображення доступні для завантаження з ресурсу зазначеного проекту  https://www.schoolsobservatory.org/discover/activities/hunting_for_asteroids  та  https://www.schoolsobservatory.org/discover/projects/asteroidwatch/ast_download. Для виконання вимірювань використовується безоплатне програмне забезпечення LTImage – https://www.schoolsobservatory.org/help/ltimage. Програмне забезпечення просте у використанні і багатофункціональне. Для ідентифікації астероїда використовується принцип швидкого перемикання між кількома світлинами, а для вимірювання швидкості – розрахунок зміщення об’єкта за відомий проміжок часу. Кожна світлина містить інформацію про час та дату отримання. Зміщення визначається у пікселях, які перераховуються в одиниці відстані за калібрувальними даними світлини.

Хід роботи

1. Запустіть програму LTImage.

2. Зверніть увагу на праву частину вікна програми. У нижній частині має бути позначка, що обрано поле для першої світлини.

3. З першої робочої папки із завантаженими світлинами перемістіть у поле програми перший файл світлини. Це можна зробити перетягуванням з вікна у вікно. Світлини у першу робочу папку завантажте із ресурсу https://www.schoolsobservatory.org/discover/activities/hunting_for_asteroids, в інші папки – з ресурсу https://www.schoolsobservatory.org/discover/projects/asteroidwatch/ast_download. Для завантаження попередньо обов’язкова реєстрація на сайті проекту.

4. Перемкніться на наступне вікно, обравши його у правому нижньому куті, та завантажте наступну світлину. Повторіть ці кроки ще для двох вікон, вміщуючи в них світлини з серії для аналізу. Кожна серія має 4 світлини. Світлини мають формат *.fit або *.fits, що містить повну інформацію про процес їх отримання.

5. Оберіть у меню вкладинку Display – Scaling. У правій частині вікна програми з’являться два повзунка, якими можна регулювати яскравість зображення, добираючи його деталізацію. Також у правій частині є кнопки регулювання кількості деталей на світлині. Доберіть оптимальну якість відтворення об’єктів на світлині і, перемикаючись між рештою світлин, досягайте такої самої якості зображення. Кожен крок завершуйте натисканням кнопки Use new Values, розміщеної над повзунками.

6. Швидко перемикаючись між світлинами, знайдіть об’єкт, який зміщується на тлі нерухомих зірок. Перемикання можна робити маніпулятором або клавішами зі стрілками на клавіатурі.

7. Щоб установити час руху астероїда, перемкніться на першу світлину та оберіть вкладинку Astro – Image Properties. У правій частині вікна оберіть кнопку The Observation та зчитайте час Time of observation. Перемкніться на останню світлину і також зчитайте час спостереження. Різниця в часі визначатиме час руху астероїда між першою та останньою світлиною. Занотуйте його.

8. Перша серія містить калібровані світлини, тобто для них визначене співвідношення розмірів пікселя та одиниць відстані. Оберіть кнопку Calibration і зчитайте співвідношення розміру пікселя та відстані. Занотуйте це співвідношення. Для встановлення відстані, що пройшов астероїд, перемкніться на першу світлину і оберіть вкладинку Astro – Size and Distance. У цьому випадку вмикається режим вимірювання на світлинах. Помістіть курсор над позицією об’єкта на першій світлині. Клавішами зі стрілками перемкніться на останню світлину, не змінюючи положення курсора. Після перемикання натисніть ліву кнопку маніпулятора та перемістіть курсор на об’єкт. На зображенні буде утворюватися прямокутний трикутник, який після відпускання кнопки маніпулятора набуде блакитного кольору. У правій частині вікна зчитайте відстань у пікселях та занотуйте її.

Аналіз даних

1. Розрахуйте відстань у кілометрах, перемноживши кількість пікселів та співвідношення між пікселями й кілометрами. Розрахуйте швидкість руху астероїда, розділивши відстань на час руху. Занотуйте розрахунки до таблиці.

2. Для решти серій світлин калібрування не проводилося, тому, завантажуючи їх по черзі, спробуйте знайти рухомий об’єкт для кожної серії. При виконанні цієї частини потрібно дуже ретельно добирати якість зображень і уважно стежити за об’єктами в полі світлин під час перемикання. 

Таблиця результатів