Анотація до роботи:

Бельська І.М. Оптичні властивості поверхонь астероїдів, кентаврів та

тіл поясу Койпера. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.03 – Геліофізика і фізика Сонячної системи. – Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 2007.

Дисертація присвячена дослідженню оптичних властивостей поверхонь малих тіл внутрішнього та зовнішнього поясів Сонячної системи. Її основу складають результати широкої фотометричної та поляриметричної програми спостережень обраних астероїдів, що наближаються до Землі, астероїдів головного поясу, кентаврів та тіл поясу Койпера, що належать до різних динамічних класів. Запропоновано першу таксономію кентаврів і тіл поясу Койпера за даними показників кольору їхніх поверхонь у видимій та ближній інфрачервоній ділянках спектра. Знайдено закономірності в розподілі різних типів поверхні та орбітальних параметрів, що характеризують сучасну фізико-хімічну структуру внутрішньої частини поясу Койпера. Проведено поляриметричні спостереження більш ніж 100 астероїдів в межах кооперативної міжнародної програми, що практично подвоїло кількість астероїдів, для яких є вимірювання ступеня лінійної поляризації світла, відбитого їх поверхнями, і розширило дані про поляриметричні властивості поверхонь астероїдів рідкісних композиційних типів, та виявило астероїди з особливими оптичними властивостями поверхні. Виявлено й вивчено раніше невідомі особливості ходу фазових залежностей блиску та поляризації поблизу опозиції низькоальбедних астероїдів та тіл поясу Койпера.

Дисертаційна робота присвячена вивченню оптичних властивостей популяцій малих тіл, що знаходяться у внутрішній і зовнішній частинах Сонячної системи. Методи й досвід дослідження астероїдів головного поясу було з успіхом застосовано для вивчення фізичних властивостей нещодавно відкритих транснептунових тіл. В межах дисертаційної роботи в 1989–2006 рр. виконано великий обсяг фотометричних і поляриметричних спостережень більш ніж 150 малих тіл. У роботі було використано два підходи по дослідженню властивостей цих тіл: 1) проведення оглядових спостережних програм для значної кількості об'єктів з метою оцінки різноманітності оптичних властивостей і виділення груп об'єктів зі схожими властивостями та 2) детальні спостереження обраних об'єктів для уточнення їх характеристик і перевірки висновків теоретичних моделей зворотного розсіювання світла твердими поверхнями космічних тіл.

У роботі отримано наступні основні результати:

1. Виміряно показники кольору поверхонь 35-ти транснептунових тіл й 8-ми кентаврів в BVRI смугах. На основі отриманих даних разом з попередніми вимірами встановлено залежності показників кольору поверхонь від орбітальних параметрів для транснептунових тіл різних динамічних груп. З аналізу залежності показника кольору B-R від нахилу орбіт отримано оцінку граничного нахилу орбіт, що розділяє динамічно «холодну» й «гарячу» популяції класичних тіл. Ця оцінка збігається з передбаченою динамічними моделями. Виявлено дві групи тіл у розподілі кентаврів за показниками кольору B-V та V-R, що свідчить на користь припущення про два різні джерела їх походження.

2. Запропоновано першу класифікацію тіл поясу Койпера за показниками кольору поверхонь B-V, V-R, V-I, V-J. Виділено чотири групи тіл з різними спектральними нахилами у видимій і ближній інфрачервоній ділянках спектра від нейтральних (BB-тип) до дуже червоних (RR-тип). BR-тип включає об'єкти із проміжними значеннями показників кольору, а IR-тип – з помірно червоними поверхнями. Показано, що більшість об'єктів можна впевнено класифікувати, якщо відомі тільки три показники кольору B-V, V-R, V-I. Визначено типи поверхні 135-ти транснептунових тіл з використанням різної кількості показників кольору.

3. Проведено поляриметричні спостереження 106-ти астероїдів, що практично подвоїло кількість астероїдів, для яких є виміри ступеня лінійної поляризації світла, відбитого їхніми поверхнями, і розширило дані про поляризаційні властивості поверхонь астероїдів рідкісних композиційних типів. На більшому спостережному матеріалі показано, що фазовий хід ступеня поляризації є діагностичним для визначення композиційного типу поверхні астероїда. Всі виявлені випадки відхилення виміряної величини ступеня поляризації від середнього фазового ходу поляризації для даного типу відносяться до астероїдів, що мають особливі спектральні властивості.

4. Встановлено, що кут інверсії a_inv фазової залежності поляризації астероїдів головного поясу змінюється в більш широких межах, ніж вважалося раніше. Виявлено астероїди з рекордно великим (a_inv ~28 в астероїда Ld-типу 234 Барбара) і рекордно малим (a_inv ~14 в астероїда F-типу 419 Аврелія) кутами інверсії, причому величина мінімуму від’ємної поляризації Р_min цих астероїдів істотно порушує відому кореляцію між Р_min й альбедо. Показано, що відносно невелика від’ємна поляризація з малим кутом інверсії є характерною для поверхонь ще чотирьох астероїдів F-типу. Можливим поясненням особливих властивостей астероїдів цього типу може бути оптична однорідність мікроструктури реголіту їхніх поверхонь в масштабах порядку довжини хвилі у видимій ділянці спектра.

5. Виявлено практичну відсутність нелінійного зростання блиску у фазових залежностях астероїдів F-типу 419 Аврелія й 1021 Фламмаріо. Показано, що аномальний хід опозиційного ефекту яскравості супроводжується невеликою від’ємної поляризації з малим кутом інверсії. Можливість існування такого ефекту передбачалась в межах механізму когерентного підсилення зворотного розсіювання світла. Знайдено кореляцію амплітуди опозиційного ефекту та величини мінімуму від’ємної поляризації P_min з показником кольору U-B. Показано, що низькоальбедні астероїди з найменшими показниками кольору поверхонь (U-B<0.3^m) характеризуються найменш вираженим опозиційним ефектом яскравості й найменшою величиною від’ємної поляризації в порівнянні з іншими низькоальбедними астероїдами.

6. Виявлено особливості фазового ходу блиску та поляризації транснептунових тіл на малих фазових кутах, що істотно відрізняються від фазового ходу, характерного для астероїдів головного поясу. Зокрема, виявлено вузький опозиційний пік у фазовій залежності блиску класичного тіла поясу Койпера 20000 Варуна і знайдено вказівки на наявність вузького опозиційного піку у фазових залежностях блиску кентавра 10370 Хілонома, транснептунового тіла 15789 (1993 SC) і карликової планети 136199 Еріс. Виявлено глибоку гілку від’ємної поляризації з мінімумом |P_min| ~1.4% на фазовому куті a_min ~2.0 у кентавра 2060 Хірон. В рамках механізму когерентного підсилення зворотного розсіювання світла зменшення ширини опозиційних піків транснептунових тіл у порівнянні з астероїдами головного поясу може пояснюватися різними розмірами характерної інтерференційної бази в реголіті цих тіл. До подібного ефекту може призводити збільшення середнього розміру частинок поверхні та/або збільшення пористості поверхневого шару, що призводить до збільшення середньої відстані між частинками реголіту.

7. Показано, що альбедо поверхні є визначальним фактором у формуванні фазових залежностей блиску астероїдів. Нахил фазових залежностей при фазових кутах a>5 монотонно збільшується зі зменшенням альбедо поверхні. При менших фазових кутах починає проявлятися немонотонність залежності, коли фазові нахили низько- і високоальбедних поверхонь стають порівняним за величиною. Залежність фазового нахилу від альбедо знову стає монотонною поблизу опозиції (a<0.1), при цьому спостерігається збільшення амплітуди опозиційного піку з ростом альбедо поверхні. Кореляції фазового нахилу і альбедо, що спостерігаються, свідчать про близьку мікроструктуру поверхонь розглянутих тіл і можуть бути використані для оцінки їх альбедо.

8. Проведено відбір астероїдів-кандидатів для дослідження космічною місією «Rosetta» Європейського космічного агентства з урахуванням фізичних властивостей об'єктів. Відібрані астероїди 21 Лютеція та 2867 Штейнс мають композиційні типи поверхні, що раніше практично не досліджувалися космічними апаратами. За даним спектральних і поляриметричних спостережень запропоновано ймовірний склад поверхонь цих астероїдів. Отримано перші оцінки альбедо, діаметра і композиційного типу поверхні астероїда 2867 Штейнс.