Міністерство освіти і науки України
Київський національній університет імені Тараса Шевченка

Фізика, динаміка І СТАТИСТИКА  комет, малих планет І метеорів: спостереження, відкриття та нові моделі
1.	Юрій Іванович Волощук - доктор технічних наук, професор (Харків, Харківський національний університет радіоелектроніки)
2.	Юрій Миколайович Іващенко - кандидат фізико-математичних наук, директор (Київ, Головна астрономічна обсерваторія НАН України)
3.	Віталій Григорович Кручиненко - доктор фізико-математичних наук, професор (Бердянськ, Бердянський державний педагогічний університет)
4.	Клим Iванович Чурюмов – член-кореспондент Національної академії наук України, доктор фізико-математичних наук, професор, головний науковий співробітник (Київ, Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка)

Ділянки поверхні ядра комети Чурюмова-Герасименко, зняті зондом Філи 
12 листопада 2014 р. з висот 3 км і 40 м.
Реферат
Київ – 2015

Ядро комети Чурюмова-Герасименко з відстані 26.6 км від  поверхні ядра 19 вересня 2014 р.

Ядро комети Чурюмова-Герасименко з відстані 7.7 км від  поверхні ядра 25 жовтня 2014 р. Космічний апарат РОЗЕТТА продовжує досліджувати  ядро  комети Чурюмова-Герасименко (історична посадка наукового зонда ФІЛИ на ядро  комети відбулася 12 листопада 2014 р)

Цикл складається з  6 монографій та  110 наукових статей, опублікованих за період 1969-2014 р. головним чином у міжнародних реферованих журналах, що містяться в базі SCOPUS (211) -  мають 295 цитувань, h= 12. За даною тематикою захищено 5 докторських та 4 кандидатські дисертації.
Автори даного циклу робіт – вчені, відомі в Україні та за її межами. З них 3 є випускниками Київського національного університету імені Тараса Шевченка. 
Роботи даного циклу тісно пов'язані між собою спільними ідеями та вносять значний внесок в галузі фізики і динаміки малих тіл Сонячної системи. 
	Цикл робіт “Фізика, динаміка і статистика комет, малих планет і метеорів: спостереження, відкриття та нові моделі» присвячений дослідженню фізичних та кінематичних характеристик малих тіл Сонячної системи, до яких відносяться комети, астероїди та метеорна речовина. 
В рамках циклу робіт “Фізика, динаміка і статистика комет, малих планет і метеорів: спостереження, відкриття та нові моделі» було відкрито і досліджено 2 нові комети – одну короткоперіодичну комету - 67Р/(Чурюмова-Герасименко), і одну довгоперіодичну - С/1986 N1 (Чурюмова-Солодовникова), 352 малих планети і 4040 метеорних потоків і асоціацій. До комети 67Р, відкритої в 1969 р. київськими астрономами К.І.Чурюмовим и С.І.Герасименко в 2014 р. наблизився космічний апарат Європейської космічного  агентства «Розетта»  і вперше в історії науки здійснив посадку зонда Філи і провів наукові дослідження  фізичних і хімічних характеристик кометної речовини, яка уявляє з себе залишки первинної речовини, з якої 4.6 мільярдів років тому виникло Сонце і  планети, в тому числі і планета-Земля. Ця кометна реліктова речовина є джерелом складної органічної речовини, в тому числі амінокислот, які можливо призвели до зародження життя на нашій планеті. Це також дозволить вирішити інші фундаментальні наукові проблеми походження тіл Сонячної системиі, що є актуальними науковими задачами. Серед 352 малих планет, відкритих Ю.М.Іващенком із співробітниками Андрушівської обсерваторії є багато імен астероїдів, пов´язаних з Україною. 
Основними фундаментальними науковими результатами авторського колективу є наступні:
1.Відкрито і досліджено нову короткоперіодичну комету 67P/ Чурюмова-Герасименко. Показано, що внаслідок  еволюції орбіти під дією гравітаційних сил тіл Сонячної системи в минулому комета оберталася навколо Сонця майже по коловій орбіті (е0.1) з перигелійною відстанню  q4 а.о. Під впливом збурень від Юпітера, особливо під час тісних зближень з цією планетою у 1840 р. до 0.34 а.о. і у 1959 р. до 0.05 а.о., орбіта комети трансформувалася у типову для комет сімейства Юпітера і вона одержала змогу наближатися до Землі. Завдяки цьому вона і була відкрита у 1969 р. К.Чурюмовим і С.Герасименко. Комета 17 листопада  1982 р. зблизилася із Землею до 0.4 а.о. і була досяжна візуальним спостереженням, що дало можливість отримати детальну криву блиску комети і винайти унікальну особливість кривої блиску комети Чурюмова-Герасименко – аномально велике запізнення максимуму її блиска – майже на 100 діб після проходження перигелію.
2. Вперше вивчено вплив сонячної активності на криву блиску короткоперіодичної комети Чурюмова – Герасименко в її появі в 1982-1983 рр. Встановлено статистично достовірний кореляційний зв’язок спалахів і варіацій інтегрального блиску цієї комети з такими індексами сонячної активності, як сумарна площа плям і числа Вольфа.
3. Було відкрито і досліджено нову довгоперіодичну комету Чурюмова-Солодовнікова (1986 IX). Встановлено, що первісна орбіта комети, коли комета віддалилася на геліоцентричну відстань r = 50.132 а.о. трансформувалась в гіперболічну орбіту, елементи якої показують, що кома прибула у внутрішню частину Сонячної системи з найближчого регіону хмари Епіка-Оорта, розташованого на геліоцентричній відстані близько 3000 астрономічних одиниць.
4. Було виявлено стрибкоподібні зміни яскравості комети 1Р/Галлея  на однакових (симетричних) геліоцентричних відстанях до і після перигелію. Цю особливість кривої блиску комети Галлея було пояснено зміною питомої теплоти сублімації батьківських речовин, що випаровуються з поверхні кометного ядра на певних геліоцентричних відстаннях. Виявлена особливість відкриває принципову можливість визначення питомих теплот сублімації батьківських речовин кометних ядер на основі вивчення кривих візуального інтегрального блиску комет.
5. Досліджуючи розподіл значень фотометричного показника n у залежності від інтервалу геліоцентричних відстаней комет, на якому визначене значення n, було показано, що вся сукупність комет розпадається на чотири групи, які називаються в теорії статистичної генерації гіпотез кластерами. Максимуми розподілу значень n у кластерах приходяться на n = 4, 6, 8 і 10.
6. В спектрі комети Скорітченка-Джорджа (C/1989 Y1)  вперше були винайдені лінії (1-0), (1-1), (0‑0), (1‑2) и (0-1) від’ємного (негативного) іона C2- , які належать електронному переходу B2S+u - X2S+g . Оцінки темпу   утворення іонів C2- дають величину 31026 с-1 для цієї комети. Присутність достатньо великої кількості від’ємних іонів C2- вимагає особливих умов для протікання відповідних процесів в кометній комі. Можливо, це вимагає існування додаткового джерела енергії, зв’язаного з наявністю хімічно нестабільних включень у кометній кризі. Подібні джерела пропонувалися Л.М.Шульманом (кластерна модель ядра) і Е.М.Дробишевським (механізм об’ємного  електролізу). 
7. В спектрах комет 9P/Tempel 1 і Machholz (C/2004 Q2) виявлено люмінесцентний кометний континуум пов’язаний із люмінесценцією органічних молекул, що містяться в кометних частинках пилу. Для комети 9P/Tempel 1 рівень люмінесцентного кометного континууму складає 30% від рівня загального кометного континууму з максимумом поблизу λ ≈ 5250 Å і для комети Machholz (C/2004 Q2) рівень кометного люмінесцентного континууму складає 46% від рівня загального кометного континууму з максимумом поблизу λ ≈ 6300 Å. Порівняння спектрів двох комет показує, що «нова» комета C/2002 Q2 в Оортівському розумінні має вищий рівень люмінесцентного континууму і тому більшу кількість органічний люмінофорів (CHON-частинок), ніж у «старій» виснаженій короткоперіодичній кометі 9P/Tempel 1.
              
	8. На підставі співставлення  київських і ватиканських фотоелектричних записів відносної яскравості супутника Юпітеру Іо під час падіння на Юпітер вторинного фрагменту Q2 комети Шумейкерів-Леві 9 встановлено реальність зареєстрованого на астрономічній обсерваторії Київського університету 1 секундного спалаху яскравості Іо в момент вибуху  фрагменту Q2 в атмосфері планети-гіганта. Слідує відмітити, крім співпадіння за часом між київськими і ватиканськими спостереженнями, також і співпадіння зареєстрованої амплітуди спалаху 0.11m та її тривалості 1 сек.
	9. За допомогою дифузійної моделі Шульмана було досліджено параметри магнітних полів в плазмових хвостах комет 1Р/Галлея, 67Р/Чурюмова-Герасименко, C/1982 M1 (Остина) та C1970 N1 (Абе).
10. На основі оригінальних спостережень пилових оболонок в атмосфері комети Гейла-Боппа у березні-квітні 1997 р. проведено аналіз міждобового зміщення окремих оболонок, одержано усереднені характеристики періодичності формування оболонок та визначено період обертання ядра комети Гейла-Боппа навколо осі (Т = 11.41±0.05h).
11. Показано, що хвильові структури в кометних плазмових хвостах можуть збуджуватись у результаті особливого режиму нестійкості Кельвіна-Гельмгольца, який реалізується поблизу порогу її збудження та приводить до виділення із загального спектра найбільш зростаючої моди (при умові, що швидкість сонячного вітру більше альвеновської швидкості в кометній плазмі). Модель дозволяє оцінити фундаментальне співвідношення між довжиною хвилі та радіусом хвильової структури (приблизно 10-20), що підтверджується спостереженнями;
12. Виконано чисельне моделювання розвитку дисипативного та недисипативного режимів електромагнітної філаментаційної нестійкості в кометній плазмі. Показано, що у випадку дисипативного режиму можуть утворюватися променеві структури у хвостах комет товщиною до 3000 км, що добре узгоджується зі спостереженнями; 
13. Запропоновано тривимірну модель променевої структури плазмового хвоста комети як результат розвитку філаментаційної нестійкості за наявності добре розвиненої іонно-звукової турбуленції у кометній плазмі при її обтіканні сонячним вітром. Показано, що товщина променів циліндричної форми досягає при цьому 103 - 104 км, кількість променів у хвості досягає 30;
14. Розроблено солітонну модель плазмових згущень хвостів комет І-го бредихінського типу. Модель добре пояснює фізичні параметри та просторові розміри кільцевих згущень плазмових хвостів комет;
15. Розроблено нову теоретичну модель утворення вибухового кратера на поверхні космічного тіла – ядра короткоперіодичної комети 9Р/Темпеля 1.  Модель була перевірена для Аризонського кратера. Розрахунки показали, що вибух мідного ударника в мішені відбувається на такій глибині занурення, де він досягає максимального гальмування. Показано, що в результаті зіткнення мідного імпактора космічного апарата "Діп Імпект" з ядром комети 9Р/Темпеля на поверхні ядра комети повинен був утворитися штучний вибуховий кратер діаметром від 40 до 80 метрів і глибиною від 4.8 до 5.6 м. Модель отримала підтвердження при прольоті космічного апарату Епоксі поблизу ядра комети 9Р/Темпель 1 в 2011 р. – штучний кратер на ядрі мав діаметр ~60 м. Також уточнено положення штучного кратеру на ядрі комети 9Р/Темпель 1. 
16. Побудовано і досліджено криві інтегрального візуального блиску періодичної комети 9Р/Темпель 1 в появах 1972, 1983, 1994 і 2005 рр. Значення фотометричних параметрів H0, n H10 обчислені. Досліджено вікове загасання цієї комети. Побудована крива блиску спалаху амплітудою біля 0.7m, породженого зіткненням штучного імпактора з ядром комети. Фотометричні особливості комети і довготермінова еволюція кометної активності помітно змінилися після влучення в ядро комети 9Р мідно-алюмінієвого імпактора з борту космічного апарату "Діп Імпект"  .
17. В результаті спільної астрономо-геологічної експедиції в 2008-2011 рр. знайдено і досліджено космічну речовину кометного походження від активного явища в атмосфері Землі - вибуху яскравого боліда Тур'ї Ремети в Закарпаттї.  Встановлено, що космічна речовина знайдена у вигляді магнетітових мікросферул, збагачена нікелем, кобальтом і хромом. 
18. Виведено формулу, яка дає  середню характеристику темпу доплива космічних тіл на Землю. Встановлено, що  загальна кількість космічної речовини, яка попадає на Землю за рік, складає 0.14 Мт.  Кожну добу в атмосферу Землі входить біля 400 метеороїдів з масами не менше 1 кг. Приблизно 30% з них досягають висоти 30 км і менше, а біля 0.5% – випадають на поверхню Землі. Кожного року на Землю випадає близько 800 метеоритів. Найбільше тіло, яке падає на Землю протягом року складає приблизно 103 тонн.
20. З 1972 р. в Харкові почалися регулярні цілодобові вимірювання орбіт і координат радіантів метеорів. Вимірювання практично без перерв тривали до 1978 року , включно. У результаті була отримана унікальна база орбіт індивідуальних метеорів , що включає більше 230 тис. орбіт. Для підвищення надійності оцінок параметрів орбіт був проведений відбір найнадійніших з них. Відбір проведений за наступною схемою. 1. З вибірки виключені всі метеори , похила дальність до яких не належить діапазону км. 2. За результатами спостережень метеорів відомих метеорних потоків були отримані оцінки стандартного відхилення помилки одиничного вимірювання видимої швидкості метеороида. Орбіти метеороідов, швидкості яких, певні за сигналами , прийнятим в двох або трьох пунктах, відрізняються на величину , виключалися з вибірки. 3. Для решти у вибірці метеорів розраховувалися координати і висота відбиває (дзеркальної ) точки на сліді. Ті з них, висоти яких не належать інтервалу км, виключалися з вибірки. В результаті такого відбору була отримана вибірка 159785 орбіт індивідуальних метеорів. З 1973 по 1975 роки вимірювання проводилися практично цілий рік. З точки зору організації вимірювань, графіка і тривалості їх проведення, обсягу отриманої інформації, спостереження в Харкові є унікальними. Був розроблений метод, алгоритм програма багатокрокової процедури пошуку метеорних потоків і асоціацій (МПА) у вибірці орбіт індивідуальних метеорів з бази, отриманої за багаторічними вимірюваннями в Харкові. Метод використовує як основної функції відстані критерій Саутуорта - Хокінса і базується на найзагальніших принципах кластер - аналізу - випадковий вибір центрів гіпотетичних кластерів і багаторазово повторюваний пошук угруповань орбіт метеороідов в шестивимірному просторі їх елементів. У результаті виявлено 5160 МПА з кількістю метеорів не менше п'яти і розраховані оцінки елементів середніх орбіт МПА. Далі ми прийняли, що МПА можна розглядати як пилові сліди в Сонячній системі, залишені їх батьківськими тілами (РТ) - ядрами комет і деякими з астероїдів, орбіти яких зближуються з орбітою Землі (NEC і NEA). Кластер- аналіз середніх орбіт МПА і вибірки орбіт індивідуальних метеорів з «учителем» (в якості якого використовувалися вибірки NEC і NEA), дозволив виявити МПА, потенційними РТ яких є ядра комет, у тому числі і комети 67P/Churyumov - Gerasimenko. 1. Виявлено кометно - астероїдно - метеороїдні комплекси ( КАМК) що дозволило зробити висновок, що багато малих тіл Сонячної системи генетично пов'язані між собою. Це в свою чергу дозволило виявити NEA, які з високою ймовірністю являють собою «висохлі » ядра комет. 2. Той факт , що для деяких з 5160 МПА з числом метеорів 50 і більше не знайдено БТ серед відомих NEC і NEA , може свідчити про те, що на їх орбітах, крім дрібних тіл, що породжують метеорні сліди в атмосфері Землі, існують БТ , які ще не виявлені, і вони можуть представляти загрозу для Землі.
21. Створено базу метеорних потоків та асоціацій (МПА): Усього метеорних потоків і асоціацій (МПА), внесених до бази ХНУРЕ, з кількістю метеороідов в МПА N не менше 5 - 5160.  З них кількість відомих МПА, отриманих іншими дослідниками – 1120. Кількість МПА , батьківськими тілами яких є NEA - 1154 з 5160. Це підтверджує факт коректного відбору МПА, внесених до бази ХНУРЕ. Кількість МПА , батьківськими тілами яких є NEК, в базі ХНУРЕ - 39. Решта 2847 МПА виявилися невідомими. Якщо підвищити поріг N до 10 метеороідов в МПА невідомих раніше потоків в базі ХНУРЕ виявиться – 1427. Ця база, яка  в 2-3 рази перевищує сумарну кількість МПА у всіх опублікованих у світі каталогах, була отримана за допомогою спеціального розробленого в Харкові алгоритму кластер-аналізу А1, призначеного для обробки вибірки орбіт індивідуальних метеорів великого об'єму. Особливістю цього алгоритму є те, що він не вимагає будь яких апріорних даних відносно МПА, окрім кількості метеорів в кластері, який можна розглядати вже як МПА і порогового значення функції відстані. Алгоритм А1 аналізує структурні характеристики відповідної вибірки в 5-ти вимірному просторі елементів орбіт метеорів, виявляє невипадкові неоднорідності в ній і на базі цього будує таксономію вибірки, тобто розбиває її на дві підвибірки: одна включає тільки ті метеори, які відносяться до МПА, і друга – спорадичні метеори. 
Відкриття і дослідження малих планет в Україні
	22. Починаючи з 2003 р. великий внесок в Україні у відкриття та дослідження нових малих планет у Сонячній системі зроблено у Андрушівській обсерваторії: реалізовано метод широкомасштабних пошукових спостережень з приладами зарядового зв’язку (ПЗЗ) для вивчення сімейства астероїдів, що становлять потенційну загрозу для Землі; відкрито та досліджено 352 нових невідомих астероїдів головного поясу, (нумерованих 170, орбіти ще 224 уточнюються): серед відкритих астероїдів об’єктів головного поясу – 115; троянців Юпітера -1;  астероїдів, що наближаються до Землі (АЗС) – 2 та одна  згасла комета сімейства Юпітера (2008 KB12). Вивчено фігури та параметри обертання астероїдів шляхом високоточних фотометричних спостережень; розроблено програмне забезпечення для автоматичної обробки пошукових спостережень в реальному часі; автоматизовано спостережні комплекси на базі сучасних ІТ-технологій; створено комплекс для спектрально-фотометричних досліджень комет та астероїдів. Значна частина з відкритих в Андрушівці малих планет удостоєна Міжнародним астрономічним союзом   назв в честь українських діячів науки і культури, а також міст і сел України. 

Зображення ядра комети Чурюмова-Герасименко та фрагмента його поверхні,  отримане з борту космічного апарату Розетта.

Ю.І. Волощук	
	
Ю. М. Іващенко	
	
В.Г.Кручиненко	
	
К.I. Чурюмов