Покрытия звезд малыми планетами

Среди множества доступных большинству любителей астрономии интересных явлений можно смело выделить покрытия звезд телами Солнечной системы, будь то большие и известные как Сатурн и Уран, или совершенно незначительные, как астероид Королев (№1885). Чем же покрытия так привлекательны, и почему многие любители предпочитают этот вид наблюдений какому-либо другому? Что заставляет их тратить большое количество своего свободного времени на проведение наблюдений, зачастую ради получения весьма сомнительного результата? Надеюсь, что в этой статье мне удастся привлечь ваше внимание к этой теме, и она поможет вам понять некоторые специфические моменты и особенности наблюдений этих интересных явлений. Тем более, что у нас в этой области наблюдательной астрономии заметно сильное отставание от зарубежных любителей. Покрытия - очень интересный вид астрономических явлений, а их наблюдение любительскими средствами крайне значимо для современной науки. С одной стороны, наблюдения достаточно сложны и требуют высокой квалификации наблюдателя, наличия специальных навыков и должного терпения. С другой же, они легко доступны для большинства, так как не требуют ни больших и мощных телескопов, ни серьезного и дорогостоящего специального оборудования. Сегодня любители астрономии вносят серьезный вклад в исследование свойств малых планет. Ведь они, в отличие от своих профессиональных коллег, обладают крайне высокой мобильностью и могут оперативно сменить свое местоположение, переместившись на несколько десятков километров, согласно последним уточненным данным о зоне видимости. Правда, непременно следует отметить, что в случае с малыми планетами пронаблюдать покрытие очень и очень трудно: большинство подобных наблюдений, как говорится уходит в "молоко". Поэтому тот, кому довелось в своей жизни воочию успешно пронаблюдать около десятка покрытий, воистину может считать себя экспертом в этой области, но обычно для достижения такого результата требуется несколько лет.

Как и все объекты Солнечной системы, астероиды движутся по орбитам, параметры которых для большинства малых планет известны еще недостаточно хорошо. Иногда одна из таких планет может оказаться на пути лучей света от одной из ярких звезд и станет вполне возможным наблюдение ее покрытия, наблюдающееся лишь в некоторых точках земного шара. Вид этого явления напрямую зависит от размера астероида, его яркости и удаленности от нас, угловых размеров диска звезды и ее яркости. Покрытие, как правило, происходит по следующей схеме. Астероид, часто очень слабый и невидимый в телескоп, оказавшись на пути лучей света от звезды, затмевает ее. Визуально это проявляется в падении блеска последней, а продолжительность покрытия зависит от перечисленных выше свойств обоих тел и скорости движения астероида. Скажем, если малая планета имеет 10.2m, а звезда 8.8m, то в результате покрытия общий блеск может составить 8.5m. Падение блеска каждый раз протекает совершенно по-разному и его сценарий определяется особенностями этих двух светил. Иногда из наблюдения покрытий можно узнать множество интересных подробностей. Например, 10 марта 1977 года, когда Уран покрывал достаточно яркую звезду SAO 158687 в созвездии Весы, удалось обнаружить у него существование колец, и это за несколько лет до исследования этой планеты первыми космическими зондами! Так и любительские наблюдения покрытий дают возможность расширить наши знания о малых телах в нашей системе. И не только о них.

Измерения моментов покрытия и открытия звезды с точностью 0.1-0.2 секунды позволяет собрать различную информацию о природе и структуре малой планеты. Поиск несоответствий между расчетными моментами времени и реально полученными из наблюдений некоторого количества независимых наблюдателей позволяет ученым уточнить эфемериды малых планет, узнать их размеры и особенности формы. Если в программу любительских наблюдений удастся включить фотометрическую часть и в реальном времени наблюдать изменения блеска звезды, то круг решаемых задач можно расширить. Основываясь только на таких фотометрических измерениях, мы можем собрать следующую дополнительную информацию: установить не только форму малого тела, но и наличие у него спутников, уточнить угловые размеры звезды, открыть ее двойственную природу, узнать угловое расстояние до второго компонента, что в обычных условиях возможно сделать лишь на очень больших и мощных инструментах. Точно предсказать возможность покрытия достаточно сложно. Сегодня мы сравнительно точно знаем положения звезд на небе, можем учесть их собственное годичное движение, умеем учитывать неравномерности в движении Земли. Но, вместе с тем, положение малых планет вычисляем еще с очень ограниченной точностью. Движение астероидов вокруг Солнца сложно предсказать из-за постоянного воздействия на них всех без исключения тел Солнечной системы, включая и всяческих "залетных" гостей (комет и других тел), на эти крошечные планеты. Поэтому до сих пор, несмотря на серьезный прогресс в других областях астрономии, указать точное положение астероидов в пространстве на большой промежуток времени вперед очень сложная задача, тем более что при расчете обстоятельств покрытий требуется точность, сравнимая с угловыми размерами самих звезд. Поэтому публикуемые в различных источниках сведения о покрытиях малыми планетами правильнее будет называть не предвычислениями, а лишь предсказанием их возможности.

Рис.1 Результаты наблюдений покрытия звезды малой планетой (25) Phocaea. Из нескольких проведенных измерений удалось определить приблизительные размеры и форму этой планеты. Проведенные к фигуре хорды отмечают моменты начала и конца покрытия для различных географических точек.

Такая информация публикуется в различных журналах, вестниках и циркулярах астрономических организаций и обществ. Американский журнал Sky & Telescope информирует любителей о самых интересных событиях но, как правило, видимых только на территории Соединенных Штатов. Более серьезным источником получения информации о покрытиях, является сервер IOTA (The International Occultation Timing Association). Там не только отслеживаются последние события в этой области астрономии, но и регулярно обновляются материалы по технике наблюдений, публикуются результаты.

Выбрать подходящее для наблюдения явление достаточно сложно. Здесь требуется некоторое чутье, а иногда и многие часы работы за компьютером. Со временем, когда наблюдатель приобретает достаточный опыт, ему будет несколько проще - затраты времени на расчеты и подготовку будут меньше. Обычно источники, в которых содержится информация о покрытиях, упоминают в каком регионе Земли они будут наблюдаться. На самом деле все несколько сложнее. В доступных любителям ресурсах эфемериды малых планет рассчитываются с очень ограниченной точностью, которая, как правило, не превышает десятых долей секунды. По этой причине покрытие может произойти, но совсем не в вашем регионе, а, скажем, в соседней области, или вообще быть не видимым с Земли. Поэтому, выбирая объекты, следует учитывать все эти погрешности и допуски в расчетах и не отказываться от наблюдений звезд, покрытия которых должны происходить неподалеку от вас. Для начала, можно рекомендовать наблюдать лишь те покрытия, в которых малая планета пройдет на расстоянии менее 1" от звезды. И надо обязательно предупредить заранее, что в случае, когда покрытие не произошло, ваши "отрицательные" наблюдения совершенно не становятся менее ценным научным материалом, так как именно они позволят в дальнейшем определить зону видимости покрытия, и, соответственно, сделать определенные выводы об источнике возникновения ошибок при расчетах.

Рис.2 Так могут выглядеть результаты рассчетов покрытия. На карте Земли отражен предполагаемый путь видимости одного из покрытий. Пунктирные линии по бокам определяют возможные отклонения с учетом возникновения различных ошибок в расчетах. В левом нижнем углу поисковая карта для ориентирования среди звезд.

В последнее время, в связи с развитием средств коммуникаций, обозначился еще один сравнительно молодой вид наблюдений, напрямую связанный с нашей темой. Он заключается не в самом наблюдении покрытия, а в уточнении полосы и условий видимости предстоящего явления. При этом наблюдатели астероидов производят серию снимков малой планеты и звезды за один-два дня (или даже часа, в зависимости от скорости перемещения астероида) до момента наступления покрытия. В этом методе, известном как "last-minute" астрометрия, наблюдатель делает несколько замеров положения астероида относительно покрываемой звезды, обычно с помощью ПЗС камеры, на основе которых и производятся последующие уточнения параметров покрытия. Наблюдатель малых планет, расположенный в тысячах километров от места, где будет наблюдаться это явление, делает очень важную работу, проведя всего лишь несколько простых астрометрических наблюдения. Полученный им материал позволит уточнить не только орбиту этого малого тела, но и намного точнее пересчитать обстоятельства будущего покрытия, зону его видимости, о чем наблюдатель может оперативно сообщить по телефону или сети Интернет. Например, если по расчетам явление будет видно глубокой ночью в Японии, тогда на протяжении дня, когда в этой стране царит светлое время суток, наблюдатели из других частей мира производят последние уточнения, в результате которых может выясниться, что явление будет видно вовсе не в Японии, а, скажем, в Корее.

Рис.3 Астероид (245) Vera 11-ой зв.величины и звезда PPM 94943 (8.8m) за несколько часов до покрытия 22 Декабря 1998г. С помощью подобных ПЗС снимков можно уточнить время и зону видимости предстоящего покрытия. Этот метод наблюдений известен среди наблюдателей малых планет как "last-minute" астрометрия.

Наблюдение покрытий совсем не требует от любителя наличия дорогостоящего или специального оборудования. Для визуальных наблюдений можно использовать достаточно маленький телескоп, так как в большинстве случаев эфемериды покрытий приводятся лишь для ярких звезд, координаты которых хорошо известны. Поэтому для наблюдения покрытий подойдет телескоп с диаметром объектива от 80 мм, в который свободно можно наблюдать звезды до 10-й величины. Однако использование более сильных телескопов крайне желательно. Больший инструмент позволит не только увидеть слабый астероид, но и проследить за процессом изменения блеска у звезды, вплоть до наступления его минимума. Вторым необходимым инструментом является секундомер или другое приспособление для точного измерения моментов времени и его промежутков. Он должен обладать хорошим устойчивым ходом на больших временных интервалах и позволять проводить измерения с точностью до 0.1 секунды. Полезным выглядит применение обычного кассетного магнитофона, на который записываются передаваемые по радио сигналы точного времени (такие радиостанции работают в коротковолновом диапазоне) с одновременной записью на него комментариев наблюдателя. Подобный прием позволяет и вовсе отказаться от использования секундомера, а также помогает впоследствии произвести многочисленные проверки и уточнения ваших результатов. Но, основываясь на личном опыте, все же не советую отказываться от использования секундомера. Лучше применить комбинированный метод.

Рис.4 Съемка на чувствительную видеокамеру поможет наблюдателю покрытий достигнуть хороших результатов. Это очень надежный и удобный метод регистрации моментов времени. Ваши возможности определяются только чувствительностью видеокамеры.

Очень хорошо, если вы имеете в своем распоряжении хорошую чувствительную видеокамеру, желательно формата Hi-8 или SVHS, которые позволят получить более качественное изображение с очень неплохим разрешением. В сочетании с телескопом, имеющим большую апертуру и высокую светосилу, вы можете не только синхронно записывать свои комментарии, но и в последствии заново проследить за ходом явления множество раз. Кроме того, это позволит более точно оценить личные ошибки наблюдателя и даст еще и другие преимущества. В последнее время любителям стали доступны множество маленьких цифровых камер, предназначенных для подключения к компьютеру с целью организации видеоконференций в Интернете. Эти камеры имеют ограниченную чувствительность к слабым источникам света и использовать их удается при наблюдении лишь достаточно ярких звезд, но зато они портативны, мобильны и легко адаптируются для соединения с телескопом. Очень простым в использовании и одновременно доступным средством, служит обычная зеркальная фотокамера с чувствительной пленкой и длиннофокусным объективом. Такая камера, установленная на неподвижной монтировке или фотоштативе, наводится в нужную точку неба минут за десять до наступления покрытия так, чтобы звезда располагалась в противоположной суточному вращению стороне кадра. Производится продолжительное экспонирование без гидирования, вплоть до момента окончания покрытия, плюс несколько минут. При этом хронометром регистрируются моменты старта и окончания съемок. В результате вы получите снимок звездного неба с многочисленными треками звезд в виде черточек (из-за вращения Земли). Если покрытие имело место, тогда вы обнаружите, что след нужной звезды либо тускнеет в определенном месте снимка, либо полностью прерывается. Этот вид наблюдений не может использоваться для определения точных моментов покрытий, но является хорошим подспорьем для самоконтроля, особенно в тех случаях, когда происходит лишь незначительное падение блеска у покрываемой звезды. По негативу или отпечатанному кадру наблюдатель может убедиться, что явление имело место или, что оно вообще не произошло. Главное правильно подобрать тип фотообъектива, чтобы изображение было, с одной стороны, как можно крупнее, а с другой, чтобы звезда не успела выйти из поля зрения камеры до окончания явления.

Когда вы закончили предварительный этап подготовки и имеете на руках подробные карты нужного участка неба, установили и настроили всю наблюдательную аппаратуру, можно приступить непосредственно к наблюдениям. Начать необходимо минут за двадцать до наступления рассчитанного момента покрытия и проводить его лучше всего в паре с другим опытным наблюдателем (или группой). В начале выберите минимальное увеличение вашего телескопа и найдите покрываемую звезду. Сделайте ваши собственные оценки состояния погоды и условий видимости. Оцените максимальную проницающую способность вашего телескопа в эту ночь, отождествив самую слабую из видимых в окрестности звезд. Если вы без труда видите звезды слабее, чем блеск астероида, то, используя подробную карту региона, постарайтесь его найти. Для этого вам наверняка придется сменить увеличение телескопа на более сильное, скажем 150-300 крат, но вы должны быть готовы к тому, что в любом случае на определенном этапе малая планета совершенно перестанет быть видимой из-за близости к звезде. Смените увеличение телескопа на максимальное, когда изображение звезды еще четкое и не сильно размазано атмосферой. За несколько минут до наступления момента покрытия максимально сконцентрируйтесь, так как могут случиться кратковременные и незначительные изменения блеска у наблюдаемой звезды, вызванные покрытиями мелкими спутниками астероида, или скажутся ошибки в расчетах и явление начнется несколько раньше. В момент, когда начнется падение блеска звезды, вы должны сделать засечки моментов времени начала и конца покрытия. Если есть возможность, то непременно сделайте засечки моментов наступления промежуточных фаз явления, если такие наблюдаются. По этой причине рекомендуется использовать магнитофон, так как события могут следовать друг за другом с интервалом менее секунды, а, используя для измерений только секундомер, вы многое пропустите. После окончания покрытия не спешите прекращать свои наблюдения. Помните, что рядом с астероидом могут находиться различные более мелкие тела или он может быть двойным, и поэтому наблюдения следует продолжить еще в течение нескольких минут.

Рис.5 26 Октября 1997. Закончена подготовка к визуальным наблюдениям покрытия звезды астероидом Ino (173). Помимо небольшого рефрактора и хронометра для регистрации используются радиосигналы точного времени, с одновременной записью на магнитофон сообщений наблюдателя.

Полученные вами результаты необходимо отослать в организации, которые занимаются сбором и анализом информации, поступающей от многочисленных любителей и профессионалов. Существует несколько таких центров по обработке и, как правило, они требуют от вас присылать данные в специальной форме. Обязательно уточните заранее, в каком формате вы должны предоставить им свой отчет. Большинство подобных форм имеют общее сходство, поэтому в качестве примера прокомментирована будет только одна из них, позаимствованная в IOTA. Помимо общих данных о наблюдателе и его телескопе, необходимо заполнить поля с указанием точных географические координат. Их можно определить различными путями: по топографической карте вашей местности, используя систему гражданской спутниковой навигации или применяя универсальный пассажный инструмент. Желательно определить свое положение с точностью не хуже одной угловой секунды, но если такая точность недоступна, то не расстраивайтесь, все равно ваши наблюдения будут обработаны. Далее вы описываете погодные условия в момент наблюдений и заносите полученные результаты. Все моменты времени приводятся по всемирному времени с точностью до десятых долей секунды. Одновременно с каждым моментом времени вы должны указать среднюю величину вашей собственной реакции (так называемое уравнение наблюдателя) и личную оценку точности результата. Кроме того, наблюдатель должен дать некоторую дополнительную информацию: объяснить каким образом он проводил свои измерения (секундомер, магнитофон, восприятие сигналов времени на слух) и какие сигналы были использованы как эталонное время (радио, телефонная служба или другие источники).