Oszacowywanie możliwości wykrywania śmieci kosmicznych za pomocą teleskopów Pi of the Sky

Podobne dokumenty
Sztuczny satelita Ziemi. Ruch w polu grawitacyjnym

Grawitacja - powtórka

Analiza spektralna widma gwiezdnego

LX Olimpiada Astronomiczna 2016/2017 Zadania z zawodów III stopnia. S= L 4π r L

Pomiary jasności nieba z użyciem aparatu cyfrowego. Tomek Mrozek 1. Instytut Astronomiczny UWr 2. Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

Skala jasności w astronomii. Krzysztof Kamiński

Kamera internetowa: prosty instrument astronomiczny. Dr Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny Uniwersytet Wrocławski

Projekt π of the Sky. Katarzyna Małek. Centrum Fizyki Teoretycznej PAN

GRAWITACJA MODUŁ 6 SCENARIUSZ TEMATYCZNY LEKCJA NR 2 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY WIRTUALNE LABORATORIA FIZYCZNE NOWOCZESNĄ METODĄ NAUCZANIA.

Pozorne orbity planet Z notatek prof. Antoniego Opolskiego. Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny UWr Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

LVII Olimpiada Astronomiczna 2013/2014 Zadania zawodów III stopnia

Cairns (Australia): Szerokość: 16º 55' " Długość: 145º 46' " Sapporo (Japonia): Szerokość: 43º 3' " Długość: 141º 21' 15.

Wędrówki między układami współrzędnych

Temat Zasady projektowania naziemnego pomiaru fotogrametrycznego. 2. Terenowy rozmiar piksela. 3. Plan pomiaru fotogrametrycznego

LIV Olimpiada Astronomiczna 2010 / 2011 Zawody III stopnia

Sprawdzian Na rysunku przedstawiono siłę, którą kula o masie m przyciąga kulę o masie 2m.

4π 2 M = E e sin E G neu = sin z. i cos A i sin z i sin A i cos z i 1

Wstęp do astrofizyki I

LXI Olimpiada Astronomiczna 2017/2018 Zadania z zawodów III stopnia

Analiza danych. 7 th International Olympiad on Astronomy & Astrophysics 27 July 5 August 2013, Volos Greece. Zadanie 1.

Odległość mierzy się zerami

Prawo powszechnego ciążenia, siła grawitacyjna, pole grawitacyjna

( W.Ogłoza, Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie, Pracownia Astronomiczna)

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Ruch obiegowy Ziemi. Ruch obiegowy Ziemi. Cechy ruchu obiegowego. Cechy ruchu obiegowego

Analiza danych z nowej aparatury detekcyjnej "Pi of the Sky"

Satelity Ziemi. Ruch w polu grawitacyjnym. dr inż. Stefan Jankowski

Czy można zobaczyć skrócenie Lorentza?

SPRAWDZIAN NR Merkury krąży wokół Słońca po orbicie, którą możemy uznać za kołową.

Wyznaczanie stałej słonecznej i mocy promieniowania Słońca

Konkurs Astronomiczny Astrolabium III Edycja 25 marca 2015 roku Klasy I III Liceum Ogólnokształcącego Test Konkursowy

Wstęp do astrofizyki I

Klimat na planetach. Szkoła Podstawowa Klasy VII-VIII Gimnazjum Klasa III Doświadczenie konkursowe 2

Grawitacja i astronomia, zakres podstawowy test wiedzy i kompetencji ZADANIA ZAMKNIĘTE

Loty kosmiczne. dr inż. Romuald Kędzierski

Wstęp do astrofizyki I

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

14 POLE GRAWITACYJNE. Włodzimierz Wolczyński. Wzór Newtona. G- stała grawitacji 6, Natężenie pola grawitacyjnego.

Powtórka 1 - grawitacja, atomowa, jądrowa

Wstęp do astrofizyki I

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii 5 Poziom podstawowy

ASTRONOMIA Klasa Ia Rok szkolny 2012/2013

Jak zmieni się wartość siły oddziaływania między dwoma ciałami o masie m każde, jeżeli odległość między ich środkami zmniejszy się dwa razy.

NACHYLENIE OSI ZIEMSKIEJ DO PŁASZCZYZNY ORBITY. Orbita tor ciała niebieskiego lub sztucznego satelity krążącego wokół innego ciała niebieskiego.

Temat: Elementy astronautyki (mechaniki lotów kosmicznych) asysta grawitacyjna

Praca. Siły zachowawcze i niezachowawcze. Pole Grawitacyjne.

FIZYKA-egzamin opracowanie pozostałych pytań

Fizyka i Chemia Ziemi

Zadanie na egzamin 2011

Animowana grafika 3D. Opracowanie: J. Kęsik.

wersja

Astronomia. Znając przyspieszenie grawitacyjne planety (ciała), obliczyć możemy ciężar ciała drugiego.

Ocena błędów systematycznych związanych ze strukturą CCD danych astrometrycznych prototypu Pi of the Sky

Materiały edukacyjne Tranzyt Wenus Zestaw 3. Paralaksa. Zadanie 1. Paralaksa czyli zmiana

Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji Katedra Geodezji Rolnej, Katastru i Fotogrametrii

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Pole grawitacyjne*

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

Dyfrakcja to zdolność fali do uginania się na krawędziach przeszkód. Dyfrakcja światła stanowi dowód na to, że światło ma charakter falowy.

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania fizyka, wzory fizyka, matura fizyka

Pomiary jasności tła nocnego nieba z wykorzystaniem aparatu cyfrowego. Tomek Mrozek 1. Instytut Astronomiczny UWr 2. Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

Fotometria 1. Systemy fotometryczne.

Analiza danych Strona 1 z 6

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

Projektowanie naziemnego pomiaru fotogrametrycznego. Dokładność - specyfikacja techniczna projektu

Wyznaczanie długości i szerokości geograficznej z obserwacji astronomicznych.

LXII Olimpiada Astronomiczna 2018/2019 Zadania z zawodów III stopnia. ρ + Λ c2. H 2 = 8 π G 3. = 8 π G ρ 0. 2,, Ω m = 0,308.

Fotometria CCD 4. Fotometria profilowa i aperturowa

Zapisy podstawy programowej Uczeń: 2. 1) wyjaśnia cechy budowy i określa położenie różnych ciał niebieskich we Wszechświecie;

ZADANIA MATURALNE Z FIZYKI I ASTRONOMII

Dane teledetekcyjne. Sławomir Królewicz

Liceum dla Dorosłych semestr 1 FIZYKA MAŁGORZATA OLĘDZKA

Oświetlenie. Modelowanie oświetlenia sceny 3D. Algorytmy cieniowania.

Zadania do testu Wszechświat i Ziemia

Ruch obrotowy bryły sztywnej. Bryła sztywna - ciało, w którym odległości między poszczególnymi punktami ciała są stałe

LIX Olimpiada Astronomiczna 2015/2016 Zawody III stopnia zadania teoretyczne

Ćwiczenie Nr 11 Fotometria

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Wielkości gwiazdowe. Systematyka N.R. Pogsona, który wprowadza zasadę, że różniaca 5 wielkości gwiazdowych to stosunek natężeń równy 100

Wstęp do astrofizyki I

WideoSondy - Pomiary. Trzy Metody Pomiarowe w jednym urządzeniu XL G3 lub XL Go. Metoda Porównawcza. Metoda projekcji Cienia (ShadowProbe)

Orbita Hohmanna. Szkoła średnia Klasy I IV Doświadczenie konkursowe 1

Konrad Słodowicz sk30792 AR22 Zadanie domowe satelita

Grawitacja + Astronomia

00013 Mechanika nieba A

Zasady oceniania karta pracy

7. Wyznaczanie poziomu ekspozycji

Wydajność konwersji energii słonecznej:

Systemy nawigacji satelitarnej. Przemysław Bartczak

Metody badania kosmosu

Podstawowy problem mechaniki klasycznej punktu materialnego można sformułować w sposób następujący:

V OGÓLNOPOLSKI KONKURS Z FIZYKI Fizyka się liczy Eliminacje TEST 27 lutego 2013r.

III. EFEKT COMPTONA (1923)

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Wstęp do astrofizyki I

PF11- Dynamika bryły sztywnej.

Fizyka i Chemia Ziemi

OPIS MODUŁ KSZTAŁCENIA (SYLABUS)

ĆWICZENIE 1 WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ZA POMOCĄ SPEKTROSKOPU

ARKUSZ EGZAMINACYJNY Z FIZYKI i ASTRONOMII

Transkrypt:

Mirosław Należyty Agnieszka Majczyna Roman Wawrzaszek Marcin Sokołowski Wilga, 27.05.2010. Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego i Instytut Problemów Jądrowych w Warszawie Oszacowywanie możliwości wykrywania śmieci kosmicznych za pomocą teleskopów Pi of the Sky

Co to są śmieci kosmiczne? Śmieci kosmiczne czyli wszystko to, co człowiek wysłał na wokółziemską orbitę, a co już mu do niczego nie służy. Są to więc: nieczynne satelity, zużyte stopnie rakiet nośnych, moduły napędowe do satelitów, pozostałości po kolizjach satelitów, i wszelkie inne. Satelita Vanguard 1, podobno najstarszy kosmiczny śmieć, bo wystrzelony w 1958 roku, a łączność z nim została utracona w 1964 roku.

Co to są śmieci kosmiczne? Śmieci kosmiczne wokół Ziemi. Widoczne zgrupowania wokół orbity geostacjonarnej i na niskich orbitach.

Co to są śmieci kosmiczne? Uszkodzenia wahadłowców przez śmieci kosmiczne.

Satelity w danych Pi of the Sky Duża liczba poruszających się obiektów jest widoczna na zdjęciach z teleskopów Pi of the Sky, przy czym w normalnym trybie poszukiwania pojaśnień i badania gwiazd zmiennych te dane są odrzucane. Ostatnio prowadzone są prace mające na celu wyznaczanie pozycji i torów ruchu satelitów, by na ich podstawie wyliczyć parametry orbit. Próbuje się też identyfikować znalezione na zdjęciach satelity (Marcin Sokołowski, Roman Wawrzaszek). Satelity widoczne na zdjęciach z teleskopów Pi of the Sky.

Satelity w danych Pi of the Sky Satelity widoczne na zdjęciach z teleskopów Pi of the Sky.

Satelity w danych Pi of the Sky Trudno powiedzieć, ile procent rejestrowanych przez Pi of the Sky zjawisk satelitarnych to śmieci kosmiczne. Jak małe obiekty są w stanie rejestrować kamery tego projektu? Na jakich orbitach? Powyższe pytania właściwie sprowadzają się do jednego: jak słabe, poruszające się obiekty mogłyby być wykryte przez teleskopy Pi? Zdecydowaliśmy się oszacować jasność modelowego satelity o zadanym kształcie i rozmiarach, znajdującego się na określonej orbicie, mierzoną przez teleskop z podłączoną doń kamerą CCD.

Od czego zależy jasność obiektu? Od czego zależy jasność obiektu, mierzona przez zestaw teleskop+kamera CCD Gwiazdy jasność samej gwiazdy Satelity jaki jest kształt i wielkość satelity (od tego zależy wielkość powierzchni, odległość gwiazdy od obserwatora która będzie odbijać światło słoneczne) czas ekspozycji rodzaj materiału, z którego satelita jest wykonany (przede wszystkim albedo, czyli zdolność odbijania światła, ale też np. kierunkowość odbicia) odległość satelity od obserwatora szybkość poruszania się satelity po niebie

Od czego zależy jasność obiektu? Dla nieporuszających się po niebie gwiazd, istotnym parametrem jest czas trwania ekspozycji. Kamera CCD ma zdolność akumulowania elektronów wybijanych przez padające na nią fotony. Im więc dłuższy jest czas ekspozycji, tym więcej fotonów zostanie zarejestrowanych, a tym samym jesteśmy w stanie zobaczyć coraz słabsze obiekty, wciąż bowiem naświetlany jest przez światło od danej gwiazdy ten sam zestaw pikseli. Ruch satelity po niebie powoduje, że zestaw naświetlanych pikseli będzie się stale zmieniał, de facto dając efekt identyczny ze zmniejszeniem czasu ekspozycji tym większym, im szybciej satelita się będzie poruszał. Sekwencja pięciu kolejnych zdjęć z obrazem poruszającego się satelity w danych Pi of the Sky.

Teleskopy Pi of the Sky Istotne dla oszacowań cechy teleskopów Pi of the Sky ogniskowa obiektywu f = 85 mm rozmiary piksela kamery CCD 15x15 μm czas ekspozycji t = 10 s zasięg dla pojedynczej ekspozycji mmax = 12 mag montaż paralaktyczny tak Z ogniskowej i wielkości pojedynczego piksela wynika, że rozmiary kątowe piksela na niebie czyli tzw. skala detektora Sk = 36 czyli 0.01 stopnia. Podany w tabeli zasięg dotyczy obiektów nieporuszających się.

Oszacowywania Przyjęte założenia minimalna wysokość orbity 100 km maksymalna wysokość orbity 36000 km krok zmiany wysokości orbity 10 km orbita kołowa satelita góruje w zenicie satelita góruje dokładnie w połowie ekspozycji nie uwzględniamy ruchu obrotowego Ziemi, bo ten jest kompensowany przez montaże teleskopów Celem jest uproszczenie geometrii problemu. W szczególności przyjęcie założeń dotyczących górowania satelity powoduje, że rzeczywista szybkość poruszania się satelity po niebie może być mniejsza. Sprawia to, że uzyskane w ten sposób oszacowania możliwości zarejestrowania satelitów mogą być zbyt pesymistyczne.

Nasze oszacowania Rz promień Ziemi (6378 km), h wysokość orbity, r = Rz + h, s droga pokonywana przez satelitę w czasie ekspozycji, α wycinek kątowy orbity zakreślany w ciągu czasu ekspozycji t, β rozmiary kątowe drogi satelity widziane przez obserwatora na powierzchni Ziemi.

Szybkości satelitów Szybkość satelity w ruchu po kołowej orbicie GM z v= r gdzie Mz = 5.9736*1024 kg (masa Ziemi), a G = 6.67428*10-11 m3kg-1s-2. Wtedy wycinek orbity zakreślany przez satelitę w czasie ekspozycji (w stopniach) α= vt 360.0 2π r Nas interesują kątowe rozmiary drogi satelity, z punktu widzenia obserwatora na Ziemi r sin β =2arctan α 2 α h r 1 cos 2 wtedy bowiem widoma szybkość poruszania się satelity (w pikselach na jednostkę czasu) β w= Sk t

Szybkości satelitów Satelity na najniższych orbitach potrafią osiągać ponad 400 pikseli na sekundę! Satelity na orbitach geostacjonarnych wciąż mają około pół piksela na sekundę, bo ruch sfery niebieskiej jest kompensowany przez montaż teleskopu (to tak, jakby obserwator nie poruszał się wraz z obracającą się Ziemią). Nasze modelowe satelity nigdy więc nie będą geostacjonarne.

Wielkości gwiazdowe satelitów Wielkość gwiazdową satelity obliczyliśmy ze wzoru Pogsona m m p= 2.5log I Ip w którym m i mp to wielkości gwiazdowe odpowiednio obiektu nieporuszającego się i poruszającego po niebie, zaś I i Ip odpowiadające im natężenia oświetlenia, przy czym I t = I p tp tp to czas naświetlania P pikseli - obraz satelity na zdjęciu ma pewną rozciągłość i P jest miarą rozciągłości prostopadle do toru ruchu satelity t p= P P Sk t = w β O m = m - mp wzrośnie mierzona przez teleskop wielkość gwiazdowa poruszającego się satelity (wzrośnie wielkość gwiazdowa = zmniejszy się jasność, bo skala wielkości gwiazdowych jest odwrotna).

Wielkości gwiazdowe satelitów Widomą wielkość gwiazdową satelity, bez uwzględniania poprawki na ruch obliczyliśmy ze wzoru Pogsona, biorąc wielkość gwiazdową Słońca jako wielkość odniesienia mv = -26.74 mag, przyjmując, że natężenie oświetlenia od satelity jest wprost proporcjonalne do wielkości odbijającej powierzchni, i odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości od obserwatora. Tę ostatnią przybliżyliśmy wysokością orbity h. A a 2 m s=m V 2.5log[ ] 2π h Nasz modelowy satelita jest kwadratową płaszczyzną o boku a, równomiernie odbijającą promieniowanie w całej półsferze. Parametry modelowego kwadratowego satelity długość boku a 0.12, 0.50, 1.00, 2.00, 4.00, 8.00 m albedo A 0.2, 0.3, 1.0 rozciągłość obrazu na zdjęciu P 3 px

Wielkości gwiazdowe satelitów Parametry modelowego kwadratowego satelity a [m] 0.12, 0.50, 1.00, 2.00, 4.00, 8.00 A 1.0 P [px] 3

Wielkości gwiazdowe satelitów Parametry modelowego kwadratowego satelity a [m] 0.12, 0.50, 1.00, 2.00, 4.00, 8.00 A 0.2-0.3 P [px] 3

Podsumowanie W oszacowaniach mierzonych przez teleskop jasności poruszających obiektów oprócz samych parametrów satelity i wysokości orbity ważna jest szybkość poruszania się po niebie i rozciągłość obrazu Małe satelity będą za słabe, by były widoczne na zdjęciach, choć już stosunkowo niewielkie będą widoczne, jeśli tylko orbita będzie wystarczająco niska. Warto oszacować wielkości gwiazdowe satelitów kulistych, jak również dokładność wyznaczenia pozycji satelitów (ma to wpływ na trafność dopasowywanych orbit) ale to już inna historia.

2010 AgaMir/RueMiron