Инструкция по визуальным наблюдениям метеоров

Визуальные наблюдения метеоров невооруженным глазом оставили глубокий след в истории метеорной астрономии. Их доступность и простота сыграли значительную роль в накоплении наблюдательных данных. И в настоящее время визуальный метод сохраняет свое научное значение. Целью визуальных наблюдений является выяснение времени максимума метеорного потока, определение суточной вариации численности метеоров и зависимости количества метеоров от времени, цвета, звездной величины; установление соответствия цвета метеоров определенной яркости и соотношения между спорадическими метеорами и метеорами потоков.

Визуальные методы изучения метеорных явлений можно разделить на следующие категории:

• простой счет метеоров потока с целью определения часовых чисел, индексов относительной активности;
• квалифицированный групповой счет метеоров потока и фона с целью определения граничных дат действия потока, моментов максимумов, колебаний в численности (облака, пачки, цепочки), изучения хода часовых (относительных) чисел, максимальных чисел, истинного распределения метеоров по звездным величинам (массам), вычисления пространственно-временных характеристик (плотности), притока метеорного вещества на Землю, изучения структуры роя;
• простой или квалифицированный счет ярких метеоров и болидов по всему небу (служба болидов), счет метеоров в период метеорного дождя (спецпрограмма);
• нанесение метеоров на карты звездного неба с целью изучения (определения) радиантов потока, их тонкой структуры, площади радиации, смещения основных радиантов;
• регистрация метеорных следов и изучение их дрейфа в атмосфере (служба регистрации метеорных следов).

Выбор периодов наблюдений связан с задачами наблюдений. Начинать надо с интенсивных, хорошо проявляющихся метеорных потоков: Персеид, δ-Акварид, Геминид и т. п., а затем переходить к более сложным наблюдениям. Луна допускает наблюдения в течение 15-20 дней в месяц. При прочих равных условиях интервалы наблюдений желательно располагать симметрично относительно местной полуночи.

Естественно, для метеорных наблюдений разрабатывается свой астрономический распорядок суток и режим отдыха. В ночь при соответствующем режиме работы наблюдатели могут без ущерба для здоровья вести наблюдения по 4-6 часов (40-50 минут наблюдения, 10-20 минут активного отдыха, второй ужин, чай).

При проведении визуальных наблюдений замена наблюдателей недопустима!

Необходимо позаботиться об изготовлении приспособлений для наблюдений (планшетов, наборов карт общего обзора, карт-стендов областей звездного неба с указанием звездных величин звезд (звезд сравнения), угловых расстояний между ними; специальных лежаков, осветительных приспособлений и т.д.).

Подготовка к наблюдениям включает в себя также изучение требований к выполнению правильных записей при регистрации параметров общих условий наблюдений и информации о метеорах.

Непосредственно в период проведения наблюдений проводится первичная обработка наблюдений, подготовка для хранения материалов в банке данных.

Большое значение имеет хорошо оборудованный стационарный пункт наблюдений. Станция должна располагаться вдали от источников сильного света; в больших городах и в их ближайших окрестностях метеоры наблюдать нельзя. Идеальным будет место, позволяющее видеть небо до горизонта и обеспечивающее ночью без Луны предельную звездную величину звезд, видимых в зените около 6,5m. Опыт показывает, что если звездная величина равна 6,0 m, то условия можно считать хорошими; если 5,5 m - удовлетворительными, около 5,0 m - посредственными, ниже 5,0m - плохими. К сожалению, часто приходится наблюдать потоки при свете Луны или в дымке. Но об активности крупных потоков можно судить по ярким и средним метеорам.

Метеоры бывают спорадические (случайные) и образующие метеорные потоки. В последнем случае следы метеоров, будучи нанесены на карту в гномонической проекции и продолженными назад, пересекаются на небольшом участке карты. Это радиант потока. Потоки принято называть по созвездиям, в которых находится радиант. Одним из наиболее обильных потоков являются Персеиды, время активности с 25 июля по 18 августа с максимумом количества метеоров 11-12 августа.

Нанесение метеоров на карту и определение радиантов.

Регистрация путей метеоров на копиях звездных карт, в зависимости от достигнутой точности, позволит определить радианты действующих потоков, изучить их тонкую структуру, развитие структуры в динамике от начала до конца периода действия потока (т.е. от начала входа Земли в метеорный рой и до выхода из него).

Основные задачи нанесения метеоров на карту, таковы:

• подтверждение теоретических кометных радиантов;
• определение положений и смещения слабых малоизученных радиантов;
• изучение распределения малых радиантов на небесной сфере.

Наблюдения слабых и кометных радиантов, дающих один-два метеора в час, надо производить в эпоху их действия, которая приводится в соответствующих каталогах. Наблюдения можно производить практически в любой безлунный период. При этом не следует упускать возможности обнаружения нового, не занесенного в каталоги радианта. Через год можно повторить попытку вновь обнаружить наблюдавшийся радиант.

Метеоры влетают в атмосферу практически по прямым линиям, поэтому их пути на небесную сферу проектируются в виде больших кругов. Только на гномонической (центральной) проекции большой круг изображается прямой линией. Существуют звездные карты, вычерченные в этой проекции, но пользоваться ими при наблюдениях неудобно, так как на краях карты получаются сильные искажения, и поэтому при наблюдениях пользуются любой удобной для данной области неба картой (с масштабом не менее 2-4 мм/градус), а последующую обработку уже производят на гномонической карте. Для наблюдений можно использовать “Звездный атлас” (малый) А. А. Михайлова. Чтобы не портить карты атласа, следует скопировать область неба на чистый лист бумаги. Достаточно иметь карту области поперечником 80-100°. Карту надо приколоть на лист фанеры.

Цель наблюдений заключается в возможно более точном нанесении метеора на карту (рис.1), поэтому не нужно стараться нанести непременно все наблюдавшиеся метеоры. При полете метеора надо некоторое время не сводя глаз с неба запомнить путь метеора. При этом можно пользоваться линейкой.

В журнал для нанесения метеоров на карту необходимо отметить момент пролета метеора, координаты начала и конца появления метеора, угловую длину, блеск, цвет, поточный или нет, наличие вспышек и т. д. Все эти параметры помогают определить принадлежность метеора к данному радианту. Продолжительность чистого времени наблюдений в каждую ночь должна быть не менее двух часов, так как при меньшем интервале слабые радианты могут себя не проявить. Особую ценность имеют наблюдения в течение нескольких последовательных ночей. За это время можно проследить время существования, смещение и изменение активности радианта.

Точки пересечения линий продолжения метеоров назад могут, вообще говоря, быть радиантами. Однако всегда наблюдается значительный процент (50%) спорадических метеоров, не принадлежащих потокам. Образованные ими пересечения являются фиктивными радиантами. При нанесении метеоров на карту наблюдатель допускает удлинение или укорочение, перемещение вперед или назад, перемещение в сторону, поворот траектории - в результате площадь радианта преувеличивается. Нормальным считается, если пути метеоров пересекаются в кружке с радиусом 1,5-2°, а за радиант принимается центр тяжести площади пересечений.

В. В. Федынский и В. А. Мальцев предложили критерий, согласно которому радиант считается реальным. При этом должно выполняться одно из следующих условий:

• пересекаются пути не менее трех метеоров, наблюдавшихся в одну ночь или в две смежные ночи, отношение угловой длины L к элонгации f для всех метеоров приблизительно постоянно, физические свойства метеоров близки между собой;
• из всех наблюденных в одну ночь метеоров в радианте пересекается следующее число продолженных путей метеоров: 4 из 10, 6 из 40, 7 из 60, 8 из 80 и 10 из 100;
• убедительным доказательством существования радианта является стационарный метеор (летящий прямо на наблюдателя). Иногда радиант выявляется в процессе наблюдений, когда несколько метеоров в течение короткого времени (1-2 минуты) вылетают из одной точки “пачками”.

Для выполнения наблюдений необходим звездный атлас, на картах которого нанесены почти все звезды, видимые невооруженным глазом. Выбрав необходимую карту, расположимся в таком месте, откуда хорошо видна соответствующая область неба, и начинаем следить за небом в ожидании метеора. Карта при этом подсвечивается слабым светом так, чтобы и карта была видна, и свет не влиял бы на способность глаз видеть слабые звезды. Увидев полет метеора, запоминаем, где среди звезд было начало и конец метеорного следа и, по возможности, весь путь метеора. Затем быстро наносим на карту путь метеора, стрелкой указав направление полета и отметив цифрой порядковый номер метеора. Каждое наблюдение сопровождается записью в журнале наблюдений. Записи при наблюдениях ведутся простым карандашом, а на следующий день переписываются. Они должны быть настолько исчерпывающими, чтобы их мог понять и использовать любой человек, не участвовавший в данных наблюдениях. Во всех возможных случаях освещения при записях надо избегать совсем.

Любые записи наблюдений метеоров должны включать в себя следующие общие данные:

1. дата (год, месяц, число) с учетом, что ночные наблюдения захватывают обычно двое суток;
2. поправка и ход часов, время ( местное, всемирное и т. п.);
3. место наблюдений, название пункта;
4. какие наблюдения проводятся;
5. фамилии наблюдателей;
6. характеристики применяемых инструментов: поле зрения, увеличение и т. п..

Без этих данных наблюдения теряют научную ценность. Запись наблюдений можно проводить с привлечением современных технических средств (диктофон и т.п.), но это не исключает ручную запись.

Полная обработка и интерпретация наблюдений требуют, как правило, измерительных приборов, каталогов и т. п.. Однако предварительная обработка и систематизация материала должна быть проведена наблюдателями. Наблюдателю также должны быть известны основные принципы обработки. Это гарантирует от грубых упущений в наблюдениях. Коллектив наблюдателей может обеспечить длинный ряд наблюдений.

Многократный счет метеоров (счет метеоров несколькими наблюдателями) и определение плотности метеорных потоков.

Счет метеоров служит для определения важнейших характеристик метеорных потоков: плотности метеорных потоков и функции светимости, т. е. распределения метеоров по блеску. При систематических наблюдениях можно также изучить структуру потока, т. е. распределение метеорных тел различной массы в потоке и вообще в межпланетном пространстве.

Для того чтобы ограничить наблюдаемую область неба, счет метеоров ведется через рамку (рис.2, 3). Рамка должна быть такого размера, чтобы вырезать на небесной сфере круглую область поперечником 50-60°. Под одной рамкой может размещаться несколько наблюдателей (лежа, головой к центру), поэтому она должна быть достаточно большой, диаметром и высотой 3-4 м.

Круг укрепляется на четырех столбах, расположенных на юге, севере, западе и востоке. Это облегчает ориентировку. Под рамкой устраивается дощатый настил, на который кладутся маты. Такое оборудование позволяет вести наблюдения и в холодную погоду. Вместо одной большой рамки можно соорудить несколько маленьких, например диаметром 1 м, для каждого наблюдателя в отдельности. Область неба должна быть у всех наблюдателей одной и той же. При некоторых наблюдениях (например, параллельно с радиолокатором) приходится брать центр области не в зените (рис.4).

Один наблюдатель не замечает все метеоры. Чтобы характеризовать внимательность наблюдателя, вводится величина р, называемая коэффициентом замечаемости, который неодинаков для метеоров различных звездных величин.

Приведены средние величины; у разных наблюдателей они сильно различаются и несколько меняются со временем. Чтобы учесть все метеоры, необходимо вести многократный счет. Он заключается в том, что несколько наблюдателей одновременно считают метеоры в одной и той же области и при этом регистрируют общие и не общие между наблюдателями метеоры. Из таких наблюдений, по законам математической статистики, можно найти р для каждого наблюдателя и определить истинное число пролетевших в данной области метеоров.

Техника многократного счета может быть различной, в зависимости от того, лежат ли наблюдатели под одной большой рамкой или в целях полной независимости размещаются на расстоянии нескольких десятков метров друг от друга. В первом случае между наблюдателями и секретарем (который сам не наблюдает) существует связь голосом, во втором - от каждого наблюдателя к секретарю для фиксирования момента проводится электрическая сигнализация. В первом случае общность метеора устанавливается непосредственно во время наблюдений. Секретарь при этом сообщает общий для всех наблюдателей номер метеора и записывает момент пролета. Характеристики метеора записываются на полоске бумаги, свернутой гармошкой. Характеристики могут также записываться секретарем под диктовку одного из заметивших метеор наблюдателей. Другие наблюдатели, заметившие этот же метеор, говорят свою оценку звездной величины.

При работе с электрической сигнализацией записи ведутся вслепую. Наблюдатель не знает, кто кроме него заметил метеор. Общность и моменты устанавливаются уже при сравнении и переписке записей наблюдателей и секретаря.

Во время наблюдений следует соблюдать строгую тишину (!!!).

При счете метеоров регистрируются следующие данные (помимо общих сведений) :

• общий для всей группы наблюдателей номер метеора за данную ночь (сообщается секретарем);
• момент пролета метеора с точностью до минуты (устанавливается секретарем) Т;
• звездная величина метеора (максимум блеска) m;
• угловая скорость ω;
• направление метеора, которое измеряется в часовой мере (по “правилу циферблата”), причем за 12 часов принимается точка севера (рис. 4);
• принадлежит ли метеор к потоку или он спорадический;
• положение метеора относительно рамки: если начало и конец метеора лежат внутри рамки, то ставится знак (+ +). Eсли начало вне, а конец внутри рамки, то (- +); если начало внутри, а конец вне рамки, то (+ -); если начало и конец вне рамки, то (- -);
• общность метеора между наблюдателями (устанавливается путем введения общего номера);
• зенитное расстояние середины метеора (только если наблюдается не околозенитная область) z;
• в примечаниях отмечается наличие следа вспышек и т. п.

При счете важен интервал чистого времени наблюдений, поэтому надо тщательно регистрировать момент начала и конца наблюдений и время перерывов для отдыха. Общее чистое время за ночь должно быть не менее двух-трех часов, иначе статистические формулы станут неприменимы. Во время одной ночи наблюдений изменения в составе группы недопустимы. Нежелательны они и вообще за период наблюдений.

Звездная величина метеора определяется по сравнению с находящимися в области звездами, блеск которых надо знать. Угловая скорость отмечается в условной шкале:

Принадлежность определяется по направлению полета, соотношению угловой длины и элонгации от радианта и комплексу физических свойств метеора. Наблюдателю надо знать, какие потоки действуют в данную ночь.

Положение метеора относительно рамки необходимо для того, чтобы определить среднее отношение высот появления и исчезновения метеоров. Характеристики 5, 4, 7, 9, 10 не являются основными, и в случае обильных дождей их, в крайнем случае можно отбрасывать в указанном порядке.

При наблюдениях метеоров состояние неба характеризуют предельной величиной звезд, которые видны в наблюдаемой области. При сильной освещенности неба вблизи больших городов, в полнолуние и близкие к нему дни счет вести нельзя. Иногда приходится проводить счет метеоров при легких проходящих облаках. При этом степень закрытия области облаками определяют в процентах. Подобные наблюдения имеют небольшую ценность.

Журнал многократного счета метеоров
1. Место наблюдения: с. Крымка, Николаевской области.
2. Дата: 11/12 августа 2000 г. (всемирное время).
3. Время наблюдений: начало 0h01m, конец 3h 15m.
4. Перерывы в наблюдениях:1h00m- 1h10m, 2h00m- 2h15m
5. Предельная звездная величина звезд: 5,8m
6. Наблюдатели: А. Голубаев (АГ), И. Иванова (ИИ), В. Шестопалов (ВШ), С. Кимаковский (СК), Е. Князькова - секретарь.

В журнале время от времени записывается состояние наблюдателей, так как холод, утомление и т. п. факторы оказывают влияние на наблюдения.

Основной задачей обработки многократного счета является определение истинного числа метеоров каждой звездной величины, попадающих на данную площадь за определенный интервал времени. Знание истинного числа метеоров позволяет определить пространственную плотность метеорной материи и функцию светимости.

И.С.Астаповичем была разработана подробная система регистрации физических, кинематических и геометрических характеристик метеора, получившая название “Программы-максимума”. Такие наблюдения служат для определения статистическим путем высот, скоростей, радиантов, масс и закономерностей движения и свечения метеорных тел. Программа-максимум требует очень высокой квалификации наблюдателя. Только имея практический опыт наблюдения нескольких тысяч метеоров и исследовав многочисленные личные ошибки, наблюдатель сможет получить надежные результаты. Наблюдения метеоров представляют научный интерес, если они выполнены с соблюдением необходимых условий.

Рекомендованная литература:

• Астапович И. С. Метеорные явления в атмосфере Земли. - М. 1958
• Астрономический календарь. Постоянная часть. 1981
• Куликовский П.Г. Справочник любителя астрономии. - М., Наука 2002
• Цесевич В.П. Что и как наблюдать на небе. - М., Наука
• Гетман В.С. Метеоры и метеориты. - Из серии космонавтика и астрономия, изд-во Знание, М., №2, 1984
• Журналы: Звездочёт (Россия), Земля и Вселенная (Россия), Наше небо (Украина)

Материал подготовлен Горбанёвым Ю.М., Голубаевым А.В.