NEW COMET С/2020 F3 (NEOWISE): PHYSICAL CHARACTERISTICS AND FEATURES OF ORBITAL MOTION

 

Julia Snetkova

design engineer, JSC SRC Progress,

Russia, Samara

 

АННОТАЦИЯ

В данной рабоmе подробно uсследованы фотометрические, фuзuческuе u орбumальные харакmерuсmuкu новой, оmкрытой в 2020 гoдy долгоперuодuческой комеmы С/2020 F3 (NEOWISE). Данная комеmа прuмечаmельна mем, чmо она проявuла высокую акmuвносmь по мере сблuженuя с Солнцем u сmала вuдuмой невооруженным глазом в Северном полушарuu. На основе рассчитанных фuзuческuх харакmерuсmuк ядра комеmы с учеmом особенносmей ее орбumы определены массовые поmерu за одuн перuод прохожденuя вокруг Солнца u время жизнu комеmы.

ABSTRACT

In the given work the photometric, physical and orbital characteristics of the new long-term comet C/2020 F3 (NEOWISE), opened in 2020, are studied in detail. This comet is notable for the fact that it showed a high level of activity as it approached the Sun and became visible to the naked eye in the Northern Hemisphere. On the basis of the calculated physical characteristics of the comet nucleus, taking into account the peculiarities of its orbit, the mass losses for one period of passage around the Sun and the lifetime of the comet were determined.

 

Ключевые слова: ядро комеmы, эффекmuвный радuус, массовая плоmносmь, масса ядра, альбедо, порuсmосmь, сублuмация, орбumа комеmы, массовые потери, время жизни.

Keywords: comet nucleus, effective radius, mass density, mass of comet nucleus, albedo, porosity, sublimation, comet orbit, mass loss, lifetime.

 

1. Введение

Комета С/2020 F3 (NEOWISE) была открыта 27 марта 2020 года космическим инфракрасным телескопом NASA WISE (Wide-Field Infrared Survey Ехрlоrеr) в рамках миссии NEOWISE по поиску потенциалъно опасных околоземных объектов. На момент открытия комета находилась на расстоянии 2.089 а.е. от Солнца и имела 18 звездную величину. На первых фото, полученных телескопом WISE, комета выглядела как светящаяся размытая точка, движущаяся по небу [3]. По мере сближения с Солнцем комета становилась все ярче и активнее, достигнув в перигелии видимой звездной величины +0.7m-+1m.   

Комета NEOWISE является долгопериодической с большим периодом обращения вокруг Солнца. Ее орбита представляет собой вытянутый эллипс с эксцентриситетом, близким к единице. На основе наблюдений в инфракрасном и видимом диапазонах длин волн света исследователями сделан вывод, что ядро кометы покрыто темными пылевыми частицами, оставшимися со времен формирования Солнечной системы около 4,5 млрд. лет назад [3]. Ввиду большой степени вытянутости орбиты, rrредполагается, что комета NEOWISE попала во внутреннюю область Солнечной системы из облака Оорта.

 

 

Рисунок 1. Комета С/2020 F3 (NEOWISE) 11 июля 2020 г.

(пос. Луначарский Самарской обл.)

 

       

Рисунок 2. Снимки кометы С/2020 F3 (NEOWISE) 17 июля 2020 г.

(телескоп Sky-Watcher BK P13065EQ2)

 

Фотографии кометы любезно предоставлены самарским астрономом-любителем Барониным С.В.

2. Физические характеристики ядра кометы С/2020 F3 (NEOWISE)

Для упрощения расчетов будем моделировать ядро кометы шаром. При этом радиус ядра кометы  определяется выражением [2]:

                                                 (1)

где =1 а.е., – видимый блеск Солнца (=-27.22 [1]),  и  – гелиоцентрический блеск и геометрическое альбедо ядра кометы соответственно.

Используя данные наблюдений кометы телескопом WISE в инфракрасном диапазоне, был оценен диаметр кометного ядра. Он составил приблизительно 5 км [3]. При этом гелиоцентрический блеск ядра =14.9 [4]. Принимая во внимание данные значения с учетом выражения (1), приходим к выводу, что геометрическое альбедо ядра кометы  должно лежать в пределах 0,04-0,05, что очень характерно для кометного ядра, покрытого пылевой оболочкой.

Более точные значения радиуса ядра, полученные с помощью выражения (1), при конкретных значениях альбедо представлены в таблице 1. Также с помощью методики, подробно описанной в работе [2], мы определили значения средней массовой плотности ρN  ядра, пористости П и его массы MN.

Таблица 1.

Физические характеристики ядра кометы NEOWISE

Диапазон длин волн,

λ

RN

(км)

ρN

(кг/м3)

П

MN, ×1013

(кг)

0.04

R

2.8

678

0.47

6.2

0.05

R

2.5

849

0.34

5.6

 

 

3. Орбитальные характеристики кометы NEOWISE

Как уже было отмечено, комета С/2020 F3 (NEOWISE) относится к классу долгопериодических комет с почти параболической орбитой.

В таблице 2 представлены характеристики ее орбиты: значения периода обращения кометы вокруг Солнца P, большой полуоси a, эксцентриситета e, наклонения i орбиты кометы, а также афелийное Q и перигелийное q расстояния [4]. Фокальный параметр орбиты p рассчитан по формуле:

                                                (2)

На рисунке 3 показана орбита кометы, построенная с помощью программы Mathematica 5.0. Пунктирной линией обозначена область сублимации водяного льда.

 

Таблица 2.

Основные элементы орбиты кометы NEOWISE

Эпоха

P,

(лет)

a,

(а.е.)

e

p,

(а.е.)

i,°

Q,

(а.е.)

q,

(а.е.)

03.08.2020

6683.87

354.82

0.999

0.709

128.937

709.353

0.295

 

 

Рисунок 3. Орбита кометы С/2020 F3 (NEOWISE)

(с учетом зоны сублимации)

 

4. Массовые потери и время жизни кометы

Зная физические характеристики ядра кометы и параметры ее орбиты, можно определить массовые потери ядра кометы за один период обращения вокруг Солнца, а также время, за которое комета израсходует все свои летучие вещества и превратится в вымершую (в таком случае ядро будет состоять из тугоплавких веществ и напоминать астероид).  

Вблизи афелиев своих орбит кометы не имеют газопылевой комы и хвостов, следовательно, ядра комет начинают сублимировать на определенном расстоянии от Солнца. Таким образом, существует так называемая сфера сублимации ядра кометы, радиус которой совпадает с гелиоцентрическим расстоянием, на котором начинается сублимация веществ ядра кометы. Поскольку доминирующим веществом ледяной составляющей ядра кометы является водяной лед, то, согласно Ф. Уипплу [5], эта область простирается от Солнца до расстояния примерно rm=3 а.е. (см. рис. 3). На гелиоцентрических расстояниях r>rm процессом сублимации водяного льда можно пренебречь. Из рисунка 3 очевидно, что большую часть времени комета NEOWISE проводит вне зоны сублимации, на огромных расстояниях от Солнца.

Эффективное время сублимации (время нахождения кометы в зоне сублимации за один период обращения вокруг Солнца) определяется следующим выражением [5]:

                                        (3)

где p – фокальный параметр орбиты кометы, νm – значение истинной аномалии орбиты при rm=3 а.е. Массовые потери ядра кометы за один период:

                                                     (4)

где H=1882.8 кДж/кг – удельная теплота сублимации водяного льда, F=1367 Вт/м2 – солнечная постоянная, =0.1 – доля поглощенной энергии, затрачиваемой на сублимацию льдов [5]. Также здесь используются полученные в настоящей работе значения радиуса, массовой плотности и массы ядра кометы NEOWISE.

Полагая в первом приближении ∆MN постоянным за каждый период обращения кометы вокруг Солнца, получаем число витков, в течение которых вся масса летучих веществ ядра будет израсходована:

                                                          (5)

Следовательно, время жизни ядра кометы определяется выражением:

                                                           (6)

где P – период обращения кометы вокруг Солнца.

В таблице 3 приведены численные значения эффективного времени сублимации f ядра кометы NEOWISE, массовые потери за один период в долях и ΔMN в кг, число оставшихся витков N и время жизни t ядра кометы, полученные с помощью выражений (3)–(6).

Таблица 3.

Массовые потери и время жизни ядра кометы

νm,

(рад)

f,

(сек)

ΔMN,

(кг)

N

t, ´106

(лет)

2.44

2.93

0.00075-0.00084

4.2-5.2

1191.03-1331.6

8-8.9

 

 

5. Заключение

В данной работе:

1. Представлен расчет основных физических характеристик ядра кометы С/2020 F3 (NEOWISE) (эффективного радиуса, массовой плотности, пористости и массы).

2. Исследованы орбитальные характеристики орбиты кометы С/2020 F3 (NEOWISE). Построена ее орбита с помощью математической программы.

3. На основании исследованных физических и орбитальных характеристик определены массовые потери я дра кометы и время жизни кометы NEOWISE. 

 

Список литературы:

  1. Аллен К.У. Астрофизические величины. –  Москва: «Мир», 1977. – 280 с.
  2. Снеткова Ю.А. Ядра комет. –  LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. – 85 с.
  3. Comet NEOWISE Sizzles as It Slides by the Sun, Providing a Treat for Observers / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://neowise.ipac.caltech.edu/news/neowise20200708/ (дата обращения: 08.08.2020)
  4. JPL Small-Body Database Browser C/2020 F3 (NEOWISE) / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb.cgi?ID=dK20F030 (дата обращения: 08.08.2020)
  5. Whipple F.L. A Comet Model. II. Physical Relations for Comets and Meteors // Ap. J. 1951. V. 113. P. 464-474.