Výskum

Náhodne zachytené telesá

---

Telesá sa pozorovali náhodne popri inom druhu astronomického pozorovania a to hlavným ďalekohľadom, alebo celooblohovým systémom. Spomenieme iba niektoré objekty náhodne zachytené za posledné obdobie a to v rokoch 2009 a 2010, pričom cieľom bolo telesá identifikovať. Spracovali sme 8 objektov zachytených hlavným ďalekohľadom a 4 objekty zaznamenané celooblohovým systémom (viď tabuľku na obrázku 18).

_{Obrázok 18. – Zoznam telies náhodne zachytených na AGO pri rôznych typoch pozorovaní. Pod pozorovacím prístrojom označeným ako 60 cm sa myslí hlavný ďalekohľad na AGO a pod TV kamerou sa myslí celooblohový systém na pozorovanie meteorov. Vo štvrtom stĺpci sa udáva rozdiel v astrometrických pozorovaných a vypočítaných polohách. Údaje pri ktorých sa nachádza hviezdička (*), sú získané z vypočítaných geocentrických dráhových elementov.}

Ako možno vidieť v tabuľke na obrázku 18, väčšinu telies sa nám podarilo identifikovať a to hlavne vďaka ich nameraným polohám, uhlovým rýchlostiam a pozičnému uhlu. Tieto údaje sme porovnali s efemeridami vygenerovanými programom SatEph na základe dostupných katalógov elementov dráh. Identifikovať sa nám nepodarilo len 3 telesá s pracovnými označeniami VFMO090316, VFMO091220 a Bolid_090403. Rozdiel v pozorovaných a efemeridových polohách umelých telies nebol jediným kritériom identifikácie. Teleso muselo mať zhodný pozičný uhol pohybu a aj uhlovú rýchlosť. Teleso VFMO090316 bolo zachytené 16. marca 2009. Nachádzalo na štyroch snímkach s expozičnou dobou 15 sekúnd a malo uhlovú rýchlosť 6 '/min. Nepodarilo sa ho stotožniť so žiadnym z telies v dostupných katalógoch a preto sme sa pokúsili odvodiť jeho geocentrické dráhové elementy (viď tabuľku na obrázku 19). Získali sme dráhu typu super HEO. Získaná dráha je nejednoznačná. Sklon dráhy 23,1° naznačuje, že mohlo ísť o teleso pohybujúce sa v rovine ekliptiky, teda teleso na heliocentrickej dráhe a nami získaná geocentrická elipsa je len jednou z možností, ktorou možno preložiť pozorované polohy telesa. Perigeum dráhy (43941.6 km), ktoré sa veľmi približuje veľkým polosiam GEO typu dráh (42164 km) však poukazuje na možnosť, že ide o teleso vynesené človekom na geocentrickú dráhu.

_{Obrázok 19. – Tabuľka zobrazuje vypočítané geocentrické dráhové elementy telies náhodne zachytených počas astronomických pozorovaní na AGO. Čas t je epocha geocentrických dráhových elementov.}

Teleso VFMO091220 sa náhodne zachytilo 20. decembra 2009. Nachádzalo sa na štyroch snímkach s expozičnou dobou 90 sekúnd a malo uhlovú rýchlosť okolo 10 '/min. Nepodarilo sa ho identifikovať. Jeho vypočítané geocentrické dráhové elementy možno vidieť v tabuľke obrázku 18. Ide o HEO typ dráhy, veľká polos je podobná ako v predchádzajúcom prípade. Teoreticky by sa mohlo ísť o nosnú raketu, ktorá nekríži dráhy satelitov ani na LEO a ani na GEO dráhach, preto nie je jej katalogizácia z bezpečnostného hľadiska potrebná.

Bolid_090403 bol zachytený celeooblohovým systémom v apríli 2009 (viď obrázok 20 a animáciu na obrázku 21). Išlo o relatívne pomalý meteor s uhlovou rýchlosťou 8,6 °/s a jasnosťou okolo -2 magnitúdy, ktorý preletel zenitom na AGO. Pri výpočte geocentrických dráhových elementov (viď tabuľku na obrázku 19) sme získali MEO dráhu. Na podobných dráhach sa nachádzajú aj úlomky po rozpade ruskej nosnej rakety 2006-006B vo februári 2007. V súčasnosti sa na obežnej dráhe Zeme nachádza 65 z pôvodného počtu 85 katalogizovaných úlomkov tejto nosnej rakety (február 2010). Oskulačné geocentrické dráhové elementy niektorých vybraných úlomkov možno vidieť v tabuľke obrázku 22 a na grafe obrázku 23. Elementy sa vzťahujú ku dňu zachytenia bolidu celooblohovým systémom.

 

_{Obrázok 20-21. – Obrázok a animácia zachytávajúce prelet bolidu s pracovným označením Bolid_090403. Video} 

_{Obrázok 22. – Tabuľka na porovnanie geocentrických dráhových elementov. Nami vypočítaná dráha (druhý riadok) v porovnaní s dráhami vybraných úlomkov nosnej rakety 2006-006B (tretí, štvrtý a piaty riadok).}

_{Obrázok 23. –Veľká polos vs sklon (graf hore) a veľká polos vs excentricita (graf dole)dráh rôzneho typu telies na MEO type dráhy. Na grafe sú nanesené aj nami vypočítané geocentrické dráhové elementy meteoru pozorovaného v apríli 2009 (prázdny štvorček).}

 

Cielene pozorované telesá

---

Cieľom našich pozorovaní bolo testovať presnosť analytického modelu SGP4 (http://celestrak.com/NORAD/documentation/spacetrk.pdf), čo je model zmeny geocentrických dráhových elementov na základe pôsobenia gravitačných aj negravitačných porúch, zdrojov geocentrických dráhových elementov umelých telies (ďalej TLE, z anglického two line elements) a výpočtu vizuálnej jasnosti pomocou vlastného programu SatEph. Použili sa tri typy katalógov. Americký verejný katalóg (www.space-track.org) s vyše 14000 telesami, amatérsky katalóg  (http://www.prismnet.com/~mmccants/tles/) s vyše 300 telesami, ktorý obsahuje aj dráhy utajených družíc a katalóg doplnkových geocentrických dráhových elementov, ktoré boli vypočítané z presných dát získaných od správcov satelitov s vyše 100 telesami (www.celestrak.com/NORAD/elements/supplemental/). Uskutočnili sa dva typy pozorovaní. Pozorovania pomocou hlavného ďalekohľadu a pozorovania širokouhlým objektívom s 18 cm ohniskom a so CCD kamerou SBIG ST8 (ďalej širokouhlý objektív). Vybrali sa také expozičné doby, aby teleso bolo počas expozície v zornom poli. Pre širokouhlý objektív to bolo 0,5 sekundy a pre hlavný ďalekohľad to bolo až 30 s, keďže sa pozorovali pomalšie telesá. Hlavným ďalekohľadom sa pozorovalo 21 objektov počas 4 nocí v rozmedzí dvoch rokov 2008 a 2009. Išlo o vzdialené satelity a nosné rakety, teda telesá s rozmermi niekoľko metrov. Telesá sa nachádzali na dráhach typu HEO, MEO a GEO. Kompozíciu expozičných snímok niektorých pozorovaných telies možno vidieť na animáciách 24, 25, 26 a 27.

_{Obrázok 24. – Kompozícia expozičných snímok vytvorených počas pozorovaní hlavným 60 cm ďalekohľadom na AGO v lete 2009. Na snímke sa nachádza ESA satelit Integral (2002-048A, 27540). Počas pozorovania sa satelit nachádzal vo vzdialenosti vyše 150000 km od pozorovateľa. Použitá expozičná doba bola 30 sekúnd. Satelit sa javí ako čiara pohybujúca sa z juhu na sever (zdola nahor).}

_{Obrázok 25. – Kompozícia expozičných snímok vytvorených počas pozorovaní hlavným 60 cm ďalekohľadom na AGO v lete 2009. Na snímke sa nachádza ruská nosná raketa SL-6 (2004-005B, 28164). Počas pozorovania sa nosná raketa nachádzala vo vzdialenosti vyše 32000 km od pozorovateľa. Použitá expozičná doba bola 20 sekúnd. Nosná raketa sa javí ako čiara pohybujúca sa z sprava dole vľavo hore.}

 

_{Obrázok 26. – Kompozícia expozičných snímok vytvorených počas pozorovaní hlavným 60 cm ďalekohľadom na AGO v lete 2009. Na snímke sa nachádza americká nosná raketa Delta-4 (2006-02B, 29250). Počas pozorovania sa nosná raketa nachádzala vo vzdialenosti vyše 35000 km od pozorovateľa. Použitá expozičná doba bola 10 sekúnd. Nosná raketa sa javí ako čiara pohybujúca sa z sprava hore vľavo dole.}

 

_{Obrázok 27. – Kompozícia expozičných snímok vytvorených počas pozorovaní hlavným 60 cm ďalekohľadom na AGO v lete 2009. Na snímke sa nachádza neznámy objekt, ktorý nie je katalogizovaný (pracovné označenie 90064). Môže sa jednať o vojenský satelit, ktorý z dôvodu utajenia nie je vo verejnom katalógu. Počas pozorovania sa objekt nachádzal vo vzdialenosti vyše 34000 km od pozorovateľa. Použitá expozičná doba bola 10 sekúnd. Objekt sa javí ako čiara pohybujúca sa z sprava hore vľavo dole.}

 

 

So širokouhlým objektívom sa pozorovalo jednu noc 28./29. novembra 2009. Cieľom bolo náhodné zachytávanie umelých telies, ich následná identifikácia a vyhodnotenie pozorovaných jasností. Stratégia pozorovania so širokouhlým objektívom je detailne popísaná v práci Šilha a kol. (2009). Počas jednej noci sme zachytili 10 objektov, z toho sme identifikovali 9. Jeden objekt nemal na expozičnej snímke ani začiatok ani koniec stopy, takže jeho identifikácia nebola jednoznačná. Zachytené telesá, až na jednu výnimku, sa nachádzali na LEO type dráh, pričom išlo o satelity, nosné rakety a s misiami spojené smetie. Jedna nosná raketa sa nachádzala na dráhe typu MEO. Získané astrometrické polohy telies sme porovnávali s polohami vypočítanými programom SatEph (viď graf na obrázku 28). K tomu účelu sme použili len pozorovania z hlavného ďalekohľadu, kde sme mali zaručenú vyššiu astrometrickú presnosť. Najmenšia chyba medzi pozorovanými a vypočítanými polohami bola 2,6” a najväčšia 778” (13 oblúkových minút). V podstate konštantné a v priemere najmenšie sú odchýlky polôh vypočítaných pomocou doplnkových TLE dát od správcov družíc, www.celestrak.com. V intervale rôznych presností sa pohybujú polohy vypočítané pomocou TLE dát z najväčšieho katalógu www.space-track.org. Zároveň vidieť nárast odchýlok s odstupom okamihu pozorovania od epochy elementov. Za najmenej presné možno považovať TLE dáta z amatérskeho katalógu www.io.com. Nepresnosť pri použití tohto typu dát je spôsobená tým, že dáta sa získavajú numerickou integráciou dráhových elementov odvodených z pozorovaní, ktoré môžu byt' v niektorých prípadoch uskutočnené iba raz za mesiac. Na druhej strane TLE dáta z najväčšieho katalógu sa väčšinou neustále opravujú na základe pozorovaní, pričom pozorovania sú spravidla robené minimálne raz týždenne a to pre každé teleso v katalógu.

 

_{Obrázok 28. - Rozdiel medzi pozorovanými a vypočítanými astrometrickými polohami skúmaných telies ako závislosť od časového odstupu od epochy vstupných elementov. Ako zdroje sa pri výpočte použili tri databázy.}

 

 

 

 

 

 

Pozorovanie GEO prstenca

---

Optické pozorovania kozmického smetia nám umožňujú skúmať veľkostné, hmotnostné a priestorové rozmiestnenie tejto populácie. S využitím optických ďalekohľadov sme schopní pozorovať objekty s veľkosťami od 10 a od 50 cm na LEO, resp. GEO type dráh. Nanešťastie, nie všetky pozorovateľné telesá sa katalogizujú pomocou americkej celosvetovej obrannej siete SSN, spomínanej v úvodnom príspevku ku kozmickému smetiu. Vesmírne agentúry ako americká NASA, či európska ESA pravidelne mapujú MEO a GEO región za účelom získania štatistických informácii o slabších objektoch nachádzajúcich sa v daných oblastiach (Abercromby a kol., 2011; Africano a kol., 2004; Barker a kol., 2005; Herzog a kol., 2011; Jehn a kol., 2006; Matney a kol., 2006; Schildknecht a kol., 2004; Schildknecht a kol., 1997).

Na obr. 29 je možné vidieť a rozoznať jednotlivé oblasti v ktorých sa umelé telesá nachádzajú. GEO prstenec obopína celú Zem a je tvorený úzkym pásom mierne rozptýleným okolo rovníka vo vzdialenosti zhruba 35 800 km nad povrchom Zeme. Na obrázku je označený červenou šípkou. LEO oblasť je označená modrým krúžkom a spadajú pod ňu všetky telesá so strednou výškou do 2000 km. Oblasť medzi LEO a GEO je označovaná ako MEO oblasť (zeleným). Dráhy telies v tejto oblasti majú rôzne sklony ako aj výstrednosti.

_{Obrázok 29. - Rozlíšenie jednotlivých oblastí v ktorých sa nachádzajú umelé telesá v okolí Zeme.}

Od roku 2001 americká NASA pravidelne skenuje GEO prstenec pomocou tzv. MODEST ďalekohľadu (z angl. Michigan Orbital Debris Telescope), ktorý je 0,6 metrový Curtis-Schmidt ďalekohľad situovaný na observatóriu CTIO (zo španielskeho Cerro Tololo Inter-American Observatory) v Čile. Hlavnými cieľmi týchto pozorovaní je zmapovať rozloženie telies v tejto oblasti. Cieľom je taktiež zistiť, či sa jedná o známe alebo o nekatalogizované objekty. Skúmajú sa predbežné dráhové elementy pozorovaných objektov ako sú sklon dráhy, dĺžka výstupného uzla a stredný denný pohyb. V neposlednej rade sa vyčítavá jasnosť pozorovaných telies a z nej sa vypočítavá veľkosť. Ďalekohľad MODEST je schopný pri 5 sekundovej expozičnej dobe pozorovať teleso s jasnosťou okolo 18 magnitúdy (Abercromby a kol., 2011). Za predpokladu, že pozorovaný objekt má tvar dokonalej gule, GEO výšku (~ 36 000 km) a albedo 0,175, môže byť hodnota 18 mag interpretovaná ako 20 cm pre priemer telesa guľového tvaru. MODEST ďalekohľad možno vidieť na obr. 30 vľavo.

Už takmer 13 rokov európska ESA skenuje MEO a GEO oblasti pomocou svojho 1 metrového Zeiss ďalekohľadu ESASDT (z angl. ESA Space Debris Telescope), ktorý je zobrazený na obr. 30 v strede. Ciele pozorovaní sú podobné ako pri pozorovaniach NASA. Vďaka práve pozorovacím kampaniam ESA a ďalekohľadu ESASDT sa v oblastiach MEO ako aj GEO objavila nová populácia telies neznámeho pôvodu (Schildknecht a kol., 2004, 2005). Jedná sa o telesá s veľkým pomerom účinný prierez k hmotnosti telesa, čo spôsobuje relatívne silné zmeny v dráhach týchto telies zapríčinené najmä slnečným žiarením a trením s vrchnou časťou atmosféry (to platí iba pri telesách na LEO a v niektorých prípadoch aj na MEO dráhach). Ďalším charakteristickým znakom týchto telies je vysoká výstrednosť dráh, zhruba medzi 0,05 až 0,6. Základná teória vzniku týchto telies je, že boli vytvorené v GEO prstenci a na základe pôsobenia prirodzených porúch, hlavne teda slnečného žiarenia sa výstrednosti a sklony ich dráh zmenili. Táto teória bola vcelku dostatočne vysvetlená a potvrdená v práci Liou a Weaver (2005). Dobrými kandidátmi na tento typ smetia sú uvoľnené fólie, alebo odštiepená farba.

 

_{Obrázok 30. - Ďalekohľad MODEST americkej NASA (vľavo) umiestnený v Čile, ďalekohľad ESASDT európskej ESA (v strede) umiestnený na Kanárskych ostrovoch a náš 0,6-metrový Zeiss ďalekohľad umiestnený na AGO v Modre (vpravo).}

Na začiatku roka 2012 sa uskutočnila séria pozorovaní za účelom testovania pozorovacej stratégie GEO prstenca so 0,6-metrovým zrkadlovým ďalekohľadom Zeiss umiestneným na našom observatóriu AGO v Modre (viď. Obr. 30 vpravo). Spolu sa pozorovalo počas štyroch nocí, pričom nás zaujímala frekvencia zachytených telies počas danej noci, typy zachytených telies, teda či sú katalogizované, ich jasnosť a astrometrické polohy. Počas všetkých pozorovaní sa používal štandardný R filter a expozičná doba bola zvolená 5 a 10 sekúnd.

Naša pozorovacia stratégia bola obdobná ako pri pozorovaniach s MODEST ďalekohľadom. Počas noci sme snímkovali niekoľkokrát polia so štandardnými hviezdami vybranými z tzv. Landoltovho katalógu (Landolt, 1992, 2009). Tie sme neskôr využili pri prevode zdanlivej jasnosti telesa na CCD snímke (inštrumentálna jasnosť) na jeho zdanlivú jasnosť na oblohe. Základom pozorovania GEO prstenca bolo namieriť ďalekohľad čo najbližšie k tieňu Zeme, ale nie až tak aby sa telesá na GEO dráhe nachádzali v samotnom tieni a získať tak maximálne ožiarenie telesa
Slnkom z pohľadu pozorovateľa, teda jeho maximálnu jasnosť.

Počas pozorovaní GEO prstenca sa použili dva typy pozorovacích postupov. V prvom prípade, kedy sme získavali jasnosti štandardných hviezd bol hodinový stroj pustený a teda ďalekohľad sa pohyboval spolu s nočnou oblohou. Rovníkové súradnice, rektascencia a deklinácia stredu zorného poľa boli v tomto prípade konštantné. Vtedy sa hviezdy javili ako body, zatiaľ čo telesá napr. na GEO type dráh sa javili ako čiary. Príklad expozičnej snímky získanej takýmto postupom je možné vidieť na obr. 31 vľavo. Na snímke je zobrazený aj náhodné zachytení geostacionárny satelit (čiarka označená šípkou). Keďže satelity, družice, úlomky a ostatné umelé telesá sa nachádzajú na geocentrických dráhach (centrálnym telesom je Zem) ich uhlové rýchlosti na oblohe sú relatívne vysoké vzhľadom napríklad k hviezdam. V prípade, keď sme chceli docieliť aby sa nám tieto telesá javili ako body na snímkach a tak jednoduchšie vyčítať ich jasnosti, bolo nevyhnutné vypnúť hodinový stroj počas pozorovania GEO prstenca. To znamená, že ďalekohľad mieril počas snímkovania oblohy stále na to isté miesto a teda horizontálne súradnice azimutu a výšky zorného poľa boli počas pozorovania nemenné. V tomto prípade väčšina telies nachádzajúcich sa GEO dráhach má podobnú uhlovú rýchlosť ako zorné pole ďalekohľadu a javia sa na 5-sekundových expozičných snímkach ako body. Príklad takejto snímky je na obr. 31 vpravo. Ako je z obrázka zrejmé hviezdy sa javia ako čiary, zatiaľ čo úlomok nosnej rakety (bodka označená šípkou) sa javí ako bod.

 

_{Obrázok 31. - Príklady dvoch typov pozorovaní použitých počas pozorovania GEO prstenca na AGO začiatkom roka 2012. Na snímke vľavo bol hodinový stroj ďalekohľadu zapnutý a tak sa zorné pole pohybuje spolu s oblohou, resp. rotáciou Zeme. Hviezdy sa v takomto prípade javia ako body, zatiaľ čo objekt na GEO type dráhy sa javí ako čiara pohybujúca sa sprava doľava.  Na snímke vpravo bol hodinový stroj vypnutý a zorné pole mierilo počas snímkovania stále na to isté miesto na oblohe vzhľadom k pozorovateľovi. Hviezdy sa v takomto prípade javia ako čiary pohybujúce sa na snímke zľava doprava a úlomok z nosnej rakety nachádzajúci sa na GEO type dráhy sa javí ako bod. Veľkosť pola je v oboch prípadoch 24,7 x 24,7 štvorcových oblúkových minút.}

Aby sa dosiahlo maximálne osvetlenie pozorovaných telies, zorné pole sa premiestňovalo niekoľkokrát za noc a to vždy bližšie ku tieňu Zeme. Tento postup je načrtnutý na obr. 32 v horizontálnych súradniciach, kde na x-ovej osi je nanesený azimut a na y-ovej osi je nanesená výška nad obzorom. Na začiatku pozorovania sa zorné pole nastaví za tieň Zeme, vypne sa hodinový stroj a spustí sa snímkovanie oblohy (horný obrázok). Počas 1,5 hodiny pozorovania zorné pole vzhľadom k pozorovateľovi stojí, avšak tieň Zeme sa hýbe (stredný obrázok). Aby sa dosiahlo maximálne osvetlenie telies na GEO dráhe pole sa opäť posunie smerom k tieňu a začne sa nové snímkovanie (dolný obrázok). Na doplnenie, ak by bol hodinový stroj stále zapnutý, zorné pole by sa pohybovalo počas celej noci súbežne s tieňom Zeme.

 

_{Obrázok 32. - Stratégia snímkovania GEO prstenca počas pozorovaní uskutočnených začiatkom roka 2012 zobrazená v horizontálnych súradniciach. Na x-ovej osi je nanesený azimut a na y-ovej osi je nanesená výška nad obzorom.}

Počas štyroch nocí pozorovaní vo februári a marci 2012 sa spolu prezrelo 313 štvorcových oblúkových stupňov počas spolu 21,3 hodín. Sedem objektov z GEO oblasti bolo náhodne zachytených, pričom všetky boli identifikované programom Sateph ako katalogizované kompaktné satelity. Minimálne pri piatich prípadoch na základe dynamiky ich dráh možno usúdiť, že sa jedná o nefunkčné satelity, teda o telesá kozmického smetia. Okrem spomínaných siedmych prípadoch sa počas pozorovaní tiež ako testovacie prípady cielene pozorovali štyri objekty a to nosné rakety a úlomok nosnej rakety.

Objekt 1968-081G – Jedným z telies úmyselne pozorovaných bol aj úlomok 1968-081G. Jedná sa o úlomok, ktorý vznikol po rozpade nosnej rakety Titan 3C v roku 1992. Jednalo sa historicky druhý prípad kedy sa v oblasti GEO prstenca zaznamenala fragmentácia kompaktného telesa. Ako prvý bol prípad rozpadu satelitu Ekran 2 v roku 1978. Dodnes sa katalogizuje niekoľko úlomkov z nosnej rakety Titan 3C (<10) a jedná sa o posledný potvrdený rozpad v tejto oblasti.

Na obr. 33 je zobrazená animácia pohybu úlomku v zornom poli ďalekohľadu. Počas pozorovania bol hodinový stroj vypnutý, teda hviezdy sa javia ako čiary a úlomok ako bod. Ten sa pohybuje od stredu snímky smerom na juh (dolu). Počas snímkovania sa použila expozičná doba 5 sekúnd. Keďže čas potrebný na stiahnutie snímky zo CCD čipu do počítača trvá pri našom ďalekohľade okolo 37 sekúnd, rozdiel medzi jednotlivými snímkami na animácii je zhruba 42 sekúnd.

 

_{Obrázok 33. – Animácia zobrazujúca pohyb úlomku 1968-081G v zornom poli ďalekohľadu počas jeho pozorovania v marci 2012. Úlomok sa javí ako bod pohybujúci sa zo stredu snímky smerom na juh (dolu). Veľkosť pola je 24,7 x 24,7 štvorcových oblúkových minút, pričom časový odstup medzi jednotlivými snímkami je okolo 42 sekúnd.}

Na grafe obr. 34 je možné vidieť nameranú jasnosť úlomku 1968-81G. Jasnosť sa získala zmeraním inštrumentálnych jasností priamo z expozičných snímok a ich prepočítaním na zdanlivé jasnosti. Snímky štandardných hviezd slúžili na výpočet kalibračných konštánt potrebných pre daný prepočet. Ako je z grafu obr. 34 vidieť, jasnosť objektu sa nepravidelne mení, čo môže byť spôsobené jeho nepravidelným tvarom a tiež niekoľkými osami rotácie. Na grafe je taktiež možné vidieť chyby meraných jasností, ktoré dosahujú hodnôt porovnateľných so samotnými zmenami jasností. V danú noc boli slabé fotometrické podmienky ako aj jasný Mesiac.

_{Obrázok 34. – Nameraná zdanlivá jasnosť (os y) úlomku 1968-081G v závislosti od času (os x). Chyby merania jasností sú tiež zobrazené na grafe.}

Objekt 1989-098D – Na rozdiel od predchádzajúceho objektu, svetelná krivka (zmena jasnosti telesa v závislosti od času) nosnej rakety 1989-098D, ktorá je zobrazená na obr. 35 vykazuje pravidelnú zmenu jasnosti s časom. Ako možno z grafu vidieť, rotačná doba nosnej rakety je približne 2 minúty. V tomto prípade chyby merania jasností sú zanedbateľné vzhľadom ku svetelnej zmene.

_{Obrázok 35. – Nameraná zdanlivá jasnosť (os y) nosnej rakety 1989-098D v závislosti od času (os x). Chyby merania jasností sú tiež zobrazené na grafe.}

Objekt 2004-043A – Satelit 2004-043A bol zachytený náhodne počas marcovej noci. Jeho jasnosť bola relatívne vysoká a stabilná, s hodnotami okolo 10-10,5 magnitúdy v R filtri pri 5-sekundovej expozícii. Počas pozorovania sa satelit blížil k tieňu Zeme a tento vstup do polotieňa a neskôr do tieňa Zeme bol zachytený počas pozorovania. Možné ho je vidieť na animácii obr. 36. Spolu je v animácii spojených 22 snímok, pričom teleso vstupuje do tieňa až v posledných siedmych. Na grafe obr. 37 je zobrazená svetelná krivka satelitu 2004-043A. Ako je možné vidieť z grafu, vypočítaný čas vstupu programom Sateph je odlišný od pozorovaného. To je spôsobené tým, že program neuvažuje polotieň Zeme ako ani rozptyl svetla v atmosfére. Z týchto dôvodov je v reále zoslabenie jasnosti satelitu spojité až kým sa teleso úplne nestratí.

 

_{Obrázok 36. – Animácia zobrazujúca vstup satelitu 2004-043A do tieňa Zeme zachytený v zornom poli ďalekohľadu. Satelit sa javí ako veľmi jasný bod pohybujúci sa zo stredu snímky smerom na sever (hore). Veľkosť pola je 24,7 x 24,7 štvorcových oblúkových minút, pričom časový odstup medzi jednotlivými snímkami je okolo 42 sekúnd.}

 

_{Obrázok 37. – Nameraná zdanlivá jasnosť (os y) satelitu 2004-043A v závislosti od času (os x). Chyby merania jasností sú tiež zobrazené na grafe. Na grafe je viditeľný pozvoľný vstup satelitu do tieňa Zeme a tiež porovnanie s vypočítaným zatmením pomocou programu Sateph.}

Ak uvažujeme, že pozorovaný objekt je guľového tvaru, jeho albedo, resp. odrazivosť je 17,5 % (Mulrooney a kol., 2008) a vzdialenosť spolu s fázovým uhlom (uhol medzi spojnicami Slnko-objekt a objekt-pozorovateľ) sú známe, sme schopní vypočítať veľkosť pozorovaného telesa, resp. priemer gule na základe priemernej jasnosti objektu. Na obr. 38 je demonštratívna schéma zobrazujúca spomínaný predpoklad. Predpokladajme, že Slnko (modrý kruh dolu vľavo aj vpravo), ktoré slúži ako zdroj svetelného žiarenia (reprezentované modrými šípkami), osvetľuje nami pozorovaný objekt (satelit v pravom hornom rohu). Na spomínanom objekte sa časť lúčov absorbuje a časť sa odrazí (reprezentované tyrkysovými šípkami) a to aj smerom k pozorovateľovi (hnedý kruh v strede). Pozorovateľ pozoruje v zornom poli bod so zdanlivou jasnosťou m (zorné pole vľavo). V prípade, ak by sa na mieste pozorovaného satelitu nachádzala dokonale hladká guľa s priemerom d  (guľa vpravo hore), teda s priemerom ktorý práve hľadáme, jej jasnosť na expozičnej snímke by bola rovnaká ako jasnosť satelitu (zorné pole vpravo).

_{Obrázok 38 – Grafická demonštrácia vzťahu medzi veľkosťou pozorovaného telesa (obr. vľavo) a priemeru dokonalej gule (obr. vpravo), ktorá ho reprezentuje. Hľadá sa priemer takej gule (guľa vpravo hore), ktorá ak by sa nachádzala na rovnakom mieste ako skúmané teleso (v tomto prípade satelit vľavo hore) a mala by odrazivosť rovnú 17,5 %, vzhľadom ku pozorovateľovi by mala jasnosť rovnakú aká je jasnosť pozorovaného telesa. Snímka satelitu je prebratá zo stránky www.gps.gov.}

V našom prípade všetky pozorované telesá boli katalogizované, teda poznali sme ich vzdialenosť počas pozorovania ako aj ich fázový uhol. V prípade úlomku 1968-081G sme získali hodnotu pre priemer dokonalej gule 1,99 ± 0,13 m, teda jedná sa o výrazne veľký úlomok. Pri nosnej rakete 1989-89D sme získali pre priemer hodnotu 2,95 ± 0,17 m a pri satelite 2004-043A hodnotu 7,81 ± 0,07 m, čo je výrazne veľké číslo. Pre  geostacionárne družice je bežný veľký rozmer, avšak v tomto prípade budú hrať dôležitú rolu aj rozmerné slnečné panely.

Okrem získania hodnôt akýchsi relatívnych veľkostí pozorovaných objektov spomínaných v predchádzajúcich odsekoch, samotná fotometria môže slúžiť aj ako nástroj na získanie zloženia pozorovaného objektu, resp. zloženia jeho povrchu. S využitím viacerých filtrov počas pozorovania a s využitím databázy tzv. farebných koeficientov pre rôzne materiály často sa vyskytujúce v kozmonautike (napr. slnečné panely, ochranné fólie, kusy zliatin hliníka, plasty, rôzne elektronické komponenty atď.) je možné sa dopracovať ku povrchovým vlastnostiam pozorovaného telesa a tým zistiť zloženie jeho povrchu. Momentálne sa buduje takáto databáza a tá bude založená na laboratórnych testoch uskutočnených v spolupráci medzi NASA a ESA (Cowardin a kol., 2010).

 

 

Referencie

---

 * ABERCROMBY, K.J., SEITZER, P., COWARDIN, H.M., BARKER, E.S., MATNEY, M.J., 2011. Michigan Orbital DEbris Survey Telescope Observations of the Geosynchronous Orbital Debris Environment. NASA TP-2011-217350.

  * AFRICANO, J.L., STANSBERY, E.G., KERVIN, P.W., 2004. The optical orbital debris measurement program at NASA and AMOS. Advances in Space Research 34 (5), pp.892-900.

  * BARKER, E., JARVIS, K., AFRICANO, J., JORGENSEN, K., PARR-THUMM, T., MATNEY, M., STANSBERY, G., 2005. The Geo Environment as Determined by the Cdt Between 1998 and 2002. Proceedings of the 4th European Conference on Space Debris (ESA SP-587). 18-20 April 2005, ESA/ESOC, Darmstadt, Germany, pp. 135-140.

  * COWARDIN, H., SEITZER, P., ABERCROMBY, K., BARKER, E., 2010.Characterization of Orbital Debris Photometric Properties Derived from Laboratory-Based Measurements. Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference, held in Wailea, Maui, Hawaii, September 14-17, 2010 p.E47.

  * HERZOG, J., PLONER, M., SCHILDKNECHT, T., 2011. Space Debris Observations with ZimSMART. European Space Surveillance Conference 7-9 June 2011.

  * JEHN, R., ARIAFAR, S., SCHILDKNECHT, T., MUSCI, R., OSWALD, M., 2006. Estimating the number of debris in the geostationary ring. Acta Astronautica 59 (1-5), pp. 84-90.

  * Johnson, N.L., Stansbery, E., Whitlock, D.O., Abercromby, K.J, Shoots, D.: 2008, History of on-orbit satellite fragmentations 14th edition, Orbital Debris Program Office, NASA.

  * Jorgensen, K., Rivkin, A., Binzel, R., Whitely, R., Hergenrother, C., Chodas, P., Chesley, S., Vilas, F.: 2003, Observations of J002E3: Possible discovery of an Apollo rocket body, Bulletin of the American Astronomical Society, Vol. 35, p.981.

  * LANDOLT, A.U., 1992. UBVRI photometric standard stars in the magnitude range 11.5-16.0 around the celestial equator. The Astronomical Journal 104 (1), pp. 340-371.

  * LANDOLT, A.U., 2009. UBVRI Photometric Standard Stars Around the Celestial Equator: Updates and Additions. The Astronomical Journal 137 (5), pp. 4186-4269.

  * LIOU, J.C., WEAVER, J.K., 2005. Orbital Dynamics of high area-to-mass ratio debris and their distribution in the geosynchronous region, in: Proceedings of the 4th European Conference on Space Debris ESA SP587 1820 April 2005 ESAESOC Darmstadt Germany. pp. 285-290.

  * MATNEY, M., ABERCROMBY, K.J., RODRIGUEZ, H.M., BARKER, E., SEITZER, P., 2006. Calculating Statistical Orbit Distributions Using GEO Optical Observations with the Michigan Orbital Debris Survey Telescope (MODEST). 57th International Astronautical Congress; 2-6 Oct. 2006; Valencia; Spain , IAC-06-B6.2.02.

  * MULROONEY, M.K., MATNEY, M.J., BARKER, E.S., 2008. A New Bond Albedo for Performing Orbital Debris Brightness to Size Transformations. International Astronautical Congress, Glasgow, Scotland.

  * Musci, R., Schildknecht, T., Ploner, M., Beutler, G.: 2005, Orbitimprovement for GTO objects using follow-up observations, Advances in Space Research, Volume 35, Issue 7, p. 1236-1242.

  * Opiela, J., Hillary, E., Whitlock, D., Hennigan, M.: 2007, Debris Assessment Software, Version 2.0, User’s Guide.

  * Opiela, J.: 2009, A study of the materialdensitydistribution of spacedebris, Advances in Space Research, Volume 43, Issue 7, p. 1058-1064.

  * Oswald, M., Wegener, P., Stabroth, S., Wiedemann, C., Rosebrock, J., Martin, C., Klinkrad, H., Vörsmann, P.: 2005, The Master 2005 model, Proceedings of the 4th European Conference on Space Debris (ESA SP-587). 18-20 April 2005, ESA/ESOC, Darmstadt, Germany. Editor: D. Danesy., p.235.

  * Pardini, C., Anselmo, L.: 2009, Assessment of the consequences of the Fengyun-1Cbreakup in lowEarthorbit, Advances in Space Research, Volume 44, Issue 5, p. 545-557.

  * Pecina, P., Ceplecha, Z.: 1983, New aspects in single-body meteor physics, Astronomical Institutes of Czechoslovakia, Bulletin (ISSN 0004-6248), vol. 34, March 1983, p. 102-121.

  * Schildknecht, T., Musci, R., Ploner, M., Beutler, G., Flury, W., Kuusela, J.,de Leon Cruz, J., de Fatima Dominguez Palmero, L.: 2004, Opticalobservations of spacedebris in GEO and in highly-eccentric orbits, Advances in Space Research, Volume 34, Issue 5, p. 901-911.

  * Schildknecht, T., Musci, R., Flury, W., Kuusela, J., de Leon, J., de Fatima Dominguez Palmero, L.: 2005, Optical Observations of Space Debris in High-Altitude Orbits, Proceedings of the 4th European Conference on Space Debris (ESA SP-587). 18-20 April 2005, ESA/ESOC, Darmstadt, Germany. Editor: D. Danesy., p.113.

  * Schildknecht, T.,  Musci, R., Serra Ricart, M., de León Cruz, J,  Domínguez Palmero, L., Beltrami, P., Bunte, K.: 2006, Geostationary transfer orbit survey. ESA/ESOC Contract 12568/97/D/IM.

  * SCHILDKNECHT, T., HUGENTOBLER, U., VERDUN, A., 1997. Optical observations of space debris with the zimmerwald 1-meter telescope. Advances in Space Research 19 (2), pp. 221-228.

  * Šilha, J.: 2008, Rozlíšenie prirodzených a umelých telies v blízkom okolí Zeme, Diplomová práca, FMFI UK v Bratislave.

  * Šilha, J. a Tóth, J.: 2008, Rozlíšenie prirodzených a umelých telies v blízkom okolí Zeme,  Meteorické správy, 29, p. 60 – 72.

  * Šilha, J., Tóth, J., Gajdoš, Š, Piffl, R, Majchrovič, I, Világi, J.: 2008, Identifikácia dvoch neznámych objektov na oblohe, Meteorické správy, 29, p. 95 – 100.

  * Šilha, J. a Tóth, J.: 2009, Program SatEph, výpočet efemeríd umelých telies, Meteorické správy 30, 32-34.

  * Šilha, J., Tóth, J., Kornoš, L. a Gajdoš, Š.: 2009, Pozorovanie umelých telies na observatóriu AGO FMFI UK v Modre, Meteorické správy 30, 17-25.

  * Tóth, J., Kornoš, L., Gajdoš, Š., Kalmančok D., Zigo P., Világi J., Hajduková, M. Jr.:2008, TV Meteor Observations from Modra, Earth Moon and Planets,102, 257-261.

Elektronické referencie:

  * www.space-track.org – linka k verejnému katalógu obsahujúcim dráhové elementyumelých telies

  * http://www.prismnet.com/~mmccants/tles/ linka k doplnkovému katalógu dráhových elementov umelých telies

  * www.celestrak.com/NORAD/elements/supplemental/ - linka k doplnkovému katalógu dráhových umelých telies

  * http://www.nasa.gov/centers/marshall/news/background/facts/cxoquick.html  NASA web stránka o misii Chandra Xray Observatory

  * www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov –oficiálna stránka oddelenia kozmického smetia NASA, Houston

  * http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/newsletter/newsletter.html - NASA obežník o kozmickom smetí

  * http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/model/engrmodel.html-NASA model ORDEM2000

  * http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/mitigate/das.html - NASA model DAS

  * http://www.master-model.de/ - ESA model MASTER 2009

  * celestrak.com/NORAD/documentation/spacetrk.pdf - správa o modely SGP

  * http://www.space.com/13018-falling-nasa-satellite-uars-complete-coverage.html - zánik UARS satelitu

  * http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10432/620_read-830/ - zánik ROSAT satelitu

  * http://www.russianspaceweb.com/phobos_grunt_reentry.html - zánik Phobos-Grunt satelitu

  * http://www.spacesafetymagazine.com/2012/02/15/cleanspace-satellite-clean-space-debris/ - CleanSpace One projekt
 

Táto práca - Praktická astronómia populárne - je podporená Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. LPP-0378-09.