Комплексная лаборатория исследований внеземных территорий МИИГАиК в 2014 г. стала одним из победителей конкурса Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований коллективами существующих научных лабораторий (кафедр)». Проект по теме «Исследования фундаментальных геодезических параметров и рельефа планет и спутников» (№ 14-22-00197), выполняемый в Лаборатории под руководством Оберста Юргена (Германия), направлен на изучение и анализ характеристик тел Солнечной системы на основе геодезических и картографических методов. В качестве объектов изучения для целей данного проекта выбраны различные тела — спутники внешних планет (спутники Юпитера Европа, Каллисто и Ганимед, спутник Сатурна Энцелад), Меркурий, Марс, а также спутники планет земной группы — Фобос (Марс) и Луна.
Актуальность задач проекта обусловлена как необходимостью изучения фундаментальных характеристик тел Солнечной системы, так и практическими целями подготовки планируемых российских и международных космических миссий: в систему Юпитера (российская миссия Лаплас-П и европейский проект JUICE), к Луне (Луна-Глоб и Луна-Ресурс), Марсу (Экзо-Марс), Меркурию (Бепи-Коломбо), а также для будущего полета к Фобосу (проект Бумеранг).
В результате выполнения проекта будут определены и уточнены фундаментальные геодезические параметры небесных тел (размер, форма, параметры вращения) на основе созданных трехмерных координатных сетей спутников внешних планет. Разнообразие объектов исследования и решаемых в процессе выполнения проекта задач, а также используемых методов и подходов обеспечит накопление знаний в Лаборатории, что будет способствовать ее успешной работе после окончания проекта, а также даст неоценимый опыт студентам, аспирантам и молодым сотрудникам в разнообразных областях планетной геодезии, картографии и геоморфологии.
В проекте предлагается комплексное изучение ряда планет и спутников на основе решения следующих задач:
1. Создание опорных сетей для выбранных небесных тел и моделей рельефа поверхности на различных уровнях детальности.
2. Определение фундаментальных параметров небесных тел (модели фигуры и вращения) на основе каталогов опорных точек.
3. Создание базы геоданных изучаемых планетных тел, включая создание каталогов объектов рельефа, в том числе кратеров и вулканических форм, и их тематическое картографирование с использованием ГИС-технологий.
4. Моделирование процессов метеоритной бомбардировки поверхности небесных тел и исследование динамики выбросов частиц ударами метеоритов с их поверхности, включая верификацию полученных результатов по данным геоинформационого картографирования планет и спутников.
5. Тематический анализ рельефа планетных тел, в частности, сопоставление общих характеристик расчлененности рельефа поверхностей и морфометрических параметров вулканических образований.
ПЛАН РАБОТ и ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТА, ПОЛУЧЕННЫЕ В 2014 г. (№ 14-22-00197)
1. СОЗДАНИЕ ОПОРНЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ ВЫБРАННЫХ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ И МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ НА РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ ДЕТАЛЬНОСТИ.
Разработана методика обработки разновременных, разномасштабных, разноосвещенных космических изображений с большими углами наклона для формирования координатной основы далеких небесных тел. Тестирование и апробация разработанной методики производилась на примере спутника Юпитера Ганимед, в результате чего впервые создана трехмерная (3D) опорная сеть Ганимеда, включающая более 3000 опорных точек, координаты которых определены со средней квадратической ошибкой ±5 км. На основе новой опорной сети Ганимеда впервые сформирована цифровая модель рельефа (ЦМР). С использованием новой ЦМР выполнено ортотрансформирование изображений, на основе которых создана глобальная ортомозаика спутника.
Полученные результаты представлены в (Зубарев А.Э., Надеждина И.Е., Патратий В.Д., Митрохина Л.А., Коханов А.А., Карачевцева И.П. и Оберст Ю. Создание базы геоданных изображений для оценки изученности поверхности спутника Юпитера Ганимед по данным миссий Галилео и Вояджер-1,-2 // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, № 6, 2014).
На основе новых данных КА MarsExpress выполнено сгущение точек для обновления ранее созданной опорной сети Фобоса и элементов внешнего ориентирования новых космических изображений. С использованием вновь полученных данных высокого разрешения (SRC-канал камеры КА MarsExpress обновлена глобальная ортомозаика марсианского спутника.
Исходя из анализа более 33 тыс. снимков с КА MESSENGER, отобраны 7114 изображений высокого разрешения поверхности Меркурия (до 20 м/пикс). На основе первичной обработки и анализа отобранных данных выявлены участки с подходящими параметрами стерео-режима для построения детальных ЦМР Меркурия.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ (МОДЕЛИ ФИГУРЫ И ВРАЩЕНИЯ) НА ОСНОВЕ КАТАЛОГОВ ОПОРНЫХ ТОЧЕК
На основе новой трехмерной опорной сети Ганимеда выполнена оценка модели фигуры и параметров вращения спутника Юпитера. Впервые получены параметры трехосного эллипсоида Ганимеда без использования предположений о его форме и размерах (параметры фигуры Ганимеда будут обнародованы после опубликования результатов).
Выполнена оценка ограничений параметров либрации Ганимеда. Установлено, что значение либрации этого спутника Юпитера не превосходит ± 0. 1 градуса.
Для сравнения и проверки повторяемости результатов измерений обновлены параметры модели фигуры и вращения Фобоса с использованием новых космических изображений, полученных КА Mars Express, а также уточнены параметры либрации марсианского спутника. На основе вновь выполненных измерений установлено, что, по сравнению с результатами полученными нами ранее размеры и либрация Фобоса значимо не изменились.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СПУТНИКА ЮПИТЕРА ГАНИМЕД
ОБНОВЛЕНИЕ И УТОЧНЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СПУТНИКА МАРСА ФОБОС
3. СОЗДАНИЕ БАЗЫ ГЕОДАННЫХ ИЗУЧАЕМЫХ ПЛАНЕТНЫХ ТЕЛ, ВКЛЮЧАЯ СОЗДАНИЕ КАТАЛОГОВ ОБЪЕКТОВ РЕЛЬЕФА, В ТОМ ЧИСЛЕ КРАТЕРОВ И ВУЛКАНИЧЕСКИХ ФОРМ, И ИХ ТЕМАТИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
Созданы пространственные базы данных в ГИС для исследования и картографирования планет и спутников. Созданы базовые карты спутника Ганимед. Обновлены базовые и тематические карты Фобоса.
С использованием результатов обработки лазерной альтиметрии КА Мессенджер (MLA) и КА LRO (LOLA) созданы новая карта расчлененности рельефа Меркурия и новая карта рельефа Луны.
Подготовлены к печати карты Фобоса, Луны и Меркурия. Созданные карты позволяют не только выявить типичные особенности, но и выполнить сравнительно-планетологический анализ различий поверхности небесных тел, что является важнейшим аспектом применения картографических методов в планетных исследованиях.
Созданы ГИС-проекты для изучения вулканических объектов Марса и Луны и сформированы каталоги деталей вулканического рельефа исследуемых тел. Разработана модель для хранения и организации доступа к результатам исследований (схема данных).
Полученные результаты представлены в следующих публикациях:
Креславский М.А., Коханов А. А., Карачевцева И.П. Картографирование топографической шероховатости северного полушария Меркурия по данным лазерной альтиметрии миссии Мессенджер // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, № 6, 2014.
Матвеев Е.В., Карачевцева И.П., Гаров А.С., Патратий В.Д., Коханов А.А., Козлова Н.А., Лубнин Д.С. Разработка модели данных для оптимизации доступа к результатам дистанционного зондирования небесных тел Солнечной системы на примере Луны // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, № 6, 2014.
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ СПУТНИКА ЮПИТЕРА ГАНИМЕД: БАЗОВЫЕ КАРТЫ
РЕЗУЛЬТАТЫ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ: ФОБОС, ЛУНА, МЕРКУРИЙ
РЕЗУЛЬТАТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГИС НЕБЕСНЫХ ТЕЛ
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ МЕТЕОРИТНОЙ БОМБАРДИРОВКИ ПОВЕРХНОСТИ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ И ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ВЫБРОСОВ ЧАСТИЦ УДАРАМИ МЕТЕОРИТОВ С ИХ ПОВЕРХНОСТИ.
Разработана модель пространственного распределения метеорного вещества на район орбиты Марса. Полученная модель позволяет оценивать вероятность и скорость возможных столкновений метеороидов с Марсом и его естественными спутниками при моделировании процессов кратерообразования.
Предложен новый подход к определению орбит метеоров, основанный на строгих преобразованиях координат и численном интегрировании уравнений движения, который реализован в новом программном комплексе Meteor Toolkit. Представлена аналитическая модель, описывающая вход метеороидов в атмосферу. На примере метеороида Кошице показана возможность применения данной модели, при этом было получено хорошее соответствие известных данных наблюдений и результатов, полученных с помощью модели.
Проведены серии предварительных тестовых расчетов по численному интегрированию траекторий движения частиц, которые могут быть выброшены с поверхности Фобоса во время ударов метеоритов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГИС НЕБЕСНЫХ ТЕЛ
МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ, ВЫБРОШЕННЫХ С ПОВЕРХНОСТИ ФОБОСА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
5. ТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ ПЛАНЕТНЫХ ТЕЛ.
Разработано программное обеспечение для расчетов расчлененности рельефа Меркурия (шероховатости поверхности) на основе данных лазерной альтиметрии КА Мессенджер (MLA). Анализ около 8.8 млн. отсчетов MLA показал, что из-за вытянутости орбиты КА MESSENGER, данные MLA доступны только в северном полушарии планеты, где высоты КА над поверхностью невелики, причем только в приполярной области (65º — 84º с.ш.) плотность профилей является достаточной для оценки расчлененности.
Выполнен расчет параметров расчлененности рельефа северной приполярной области Меркурия по данным MLA. В качестве количественной меры расчлененности рельефа использовался межквартильный размах кривизны профиля вдоль орбит КА. Получены цифровые продукты с результатами расчетов для северной приполярной области Меркурия на разных базисах (0.7 км, 2.8 км и 11.2 км).
На основе полученных расчетов степени расчлененности рельефа Меркурия выполнен научный анализ, который позволил сделать предварительные выводы об особенностях реголита на Меркурии и характеристиках его гладких равнин. Параметры расчлененности порой отражают больше информации, чем может быть показано на топографических картах или изображениях поверхности. Эта информация в дальнейшем будет использована для вычислений зависимости мер степени расчлененности рельефа тел земной группы (Луна, Марс и Меркурий) от масштаба (длины базиса), что обеспечит новые знания о процессах формирования и эволюции кратерированных ландшафтов на планетных телах земной группы.
Проведены анализ и выбор наиболее представительных вулканических образований на Луне и Марсе, включая определение необходимых типов данных для характеристики выбранных объектов. На основе выбранных типов вулканических образований выполнено описание изучаемых форм. Впервые предложена детальная структура для классификации вулканических объектов.
Выполнено геолого-морфологическое районирование на примере участка южной приполярной области Луны, на основе которого решались две важные научно-практические задачи: (1) отработка методики геологического картографирования и классификации вулканических образований неморского типа; (2) новое геологическое картографирование перспективного для будущих лунных миссий региона.
Полученные результаты опубликованы в следующих работах:
Kreslavsky M.A., Head J.W., Neumann G. A., Zuber M.T., Smith D. E. Kilometer-Scale Topographic Roughness of Mercury: Correlation with Geologic Features and Units // Geophysical Research Letters, accepted 17.11.2014
Ivanov M. A., Abdrakhimov A. M., Basilevsky A. T., Dixon J. L., Head J. W., Chick L., Vitten J., Zuber M. T., Smith D. E., Mazarico E., Neish C. D. and Bassey D. B. J. Geological Context of Potential Landing Site of the Luna-Glob Mission // Solar System Research, No. 6, Vol. 48, pp. 423–435, 2014).
ПАРАМЕТРЫ ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ РАСЧЛЕНЕННОСТИ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ МЕРКУРИЯ И ПЕРВИЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ПРОЕКТУ
1. Дмитриев В.М., Луповка В.А. Метеороидное вещество астероидного происхождения в районе орбиты Марса // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, 2015 (принята 30.10.2014).
2. Зубарев А.Э., Надеждина И.Е., Патратий В.Д., Митрохина Л.А., Коханов А.А., Карачевцева И.П. и Оберст Ю. Создание базы геоданных изображений для оценки изученности поверхности спутника Юпитера Ганимед по данным миссий Галилео и Вояджер-1,-2 // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, № 6, 2014.
3. Иванов М. А., Абдрахимов А. М., Базилевский А. Т., Диксон Дж. Л., Хэд Дж. У., Чик Л., Виттен Дж., Зубер М. Т., Смит Д. Е., Мазарико Е., Нейш С. Д., Басси Д. Б. Дж. Геологический контекст потенциального места посадки Экспедиции Луна-Глоб // Астрономический вестник, том 48, № 6, с. 423–435.
4. Креславский М.А., Коханов А. А., Карачевцева И.П. Картографирование топографической шероховатости северного полушария Меркурия по данным лазерной альтиметрии миссии Мессенджер // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, № 6, 2014.
5. Матвеев Е.В., Карачевцева И.П., Гаров А.С., Патратий В.Д., Коханов А.А., Козлова Н.А., Лубнин Д.С. Разработка модели данных для оптимизации доступа к результатам дистанционного зондирования небесных тел Солнечной системы на примере Луны // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, № 6, 2014.
6. Christou A.A., Margonis A. and Oberst J. A new method for meteor photometry // Mon Not. R. Aston, Soc. (submitted on 08.12.2014).
7. Dmitriev V., Lupovka V. Asteroidal meteoroids in near-orbit of Mars// Izvestia VUZov. Geodesy and Aerophotography, 2014, submitted on 30.10.2014 (in Russian).
8. Dmitriev V., Lupovka V. and Gritsevich M. Orbit determination based on meteor observations using numerical integration of equations of motion // Planetary and Space Science, (submitted on 12.11.2014).
9. Dmitriev V., Lupovka V., Gritsevich M. A new approach to meteor orbit determination // Proceedings of the International Meteor Conference 2014, Giron, France, p. 157-159, 2014.
10. Gritsevich M., Kuznetsova D., Lupovka V., Dmitriev V., Vinnikov V., Pupyrev Yu., Peltoniemi J., Oberst J. Constraining preatmospheric parameters of large meteoroids: A case study for Košice // 2015 (submitted Dec 2014).
11. Gritsevich M., Lyytinen E., Moilanen J., Kohout T., V. Dmitriev, V. Lupovka, S. Midtskogen, N. Kruglikov, A. Ischenko, G. Yakovlev, V. Grokhovsky, J. Haloda, P. Halodova, J. Peltoniemi, A. Aikkila, A. Taavitsainen, J. Lauanne, M. Pekkola, P. Kokko, P. Lahtinen, Larionov M. First meteorite recovery based on observations by the Finnish Fireball Network // Proceedings of the International Meteor Conference 2014, Giron, France, p. 162-169, 2014.
12. Gritsevich M., Manuel Moreno-Ibanez, Josep M. Trigo-Rodrguez. New methodology to determine the terminal height of a fireball // Icarus (submitted on 21.11 2014).
13. Ivanov M.A., Hiesinger H., Abdrahimov A.M., Basilevsky A.T., Head J.W., Pasckert J-H., Bauch K., C. H. van der Bogert, Gläser P. and Kohanov A. Landing site selection for Luna-Glob mission in crater Boguslawsky // Planetary and Space Science (submitted on 01.12.2014).
14. Karachevtseva I.P., Kokhanov A.A., Rodionova J.F., Konopikhin A.A., Zubarev A.E., Nadezhdina I.E., Mitrokhina L., Patratiy V.D., Oberst J. Development of a new Phobos Atlas based on Mars Express image data // Planetary and Space Science (accepted 26.11.2014).
15. Kreslavsky M.A., Head J.W., Neumann G. A., Zuber M.T., Smith D. E. Kilometer-Scale Topographic Roughness of Mercury: Correlation with Geologic Features and Units // Geophysical Research Letters (accepted 17.11.2014).
16. Kuznetsova D., Gritsevich M., Christou A. Identification of meteorite-producing events on Mars // 2015 (submitted Dec 2014).
17. Kuznetsova D., Gritsevich M., Vinnikov V. The Košice meteoroid investigation: from observational data to analytic model // Proceedings of the International Meteor Conference 2014, Giron, France, p. 178-181, 2014.
18. Pasewaldt A., Oberst J., Willner K., Beisembin B., Hoffmann H., Matz K. D., Roatsch T., Michael G. and Moinelo A. C. Astrometric observations of Phobos with the SRC on Mars Express: New data and comparisons of different measurement techniques // Planetary and Space Science, (submitted on 08.12.2014).
19. Stark A., Oberst J., Hussmann H. Mercury’s resonant rotation from secular orbital elements // Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy (submitted on 31.08.2014).
20. Zubarev A., Nadejdina I., Oberst J. and Hussmann H. // New Ganymede Control Point Network and Global Shape Model // Geophysical Research Letters (submitted on 08.12.2014).
УЧАСТИЕ В КОНФЕРЕНЦИЯХ
1. Козлова Н. А., Зубарев А. Э., Карачевцева И. П., Конопихин А. А., Коханов А. А., Надеждина И. Е., Патратий В. Д. Исследование поверхности Луны на разных уровнях деятельности с использованием геоморфологического каталога кратеров // XXXIV Пленум Геоморфологической комиссии РАН, г. Волгоград, 6-9 октября, 2014.
2. Dmitriev V., Lupovka V. and Gritsevich M. Determination of meteoroid orbits using numerical integration of equation of motion // International Meteor Conference, Giron – France, September 18 — 21, 2014. http://www.imo.net/imc2014/imc2014-dmitriev-post.pdf
3. Dmitriev V., Lupovka V., Gritsevich M., and Oberst J. Determination of meteoroid orbits from ground-based meteor observations using numerical integration of equations of motion // European Planetary Science Congress, Cascais, Portugal, 07 – 12 September 2014. EPSC Abstracts Vol. 9, EPSC2014-39, 2014.
4. Dmitriev V., Lupovka V., Gritsevich M., Oberst J. A toolkit for meteor orbit determination using numerical integration of equations of motion // The Fifth Moscow Solar System Symposium (5M-S3) IKI RAS, 13-18 October 2014 5MS3.
5. Gritsevich M., Lyytinen E., Kohout T., Moilanen J., Dmitriev V., Midtskogen S., Kruglikov N., Ishchenko A., Yakovlev G., Grokhovsky V., Haloda J., Halodova P., Lupovka V., Peltoniemi J., Madiedo J.M., Trigo‐Rodríguez J.M., Ibáñez M.M., Aikkila A., Taavitsainen A., Lauanne J., Pekkola M., Kokko P., and Lahtinen P. New meteorite recovered in northern Russia based on observations made by the Finnish Fireball Network // International Meteor Conference, Giron – France, September 18-21, 2014. http://www.imo.net/imc2014/imc2014-dmitriev_lec.pdf
6. Ivanov M.A., Hiesinger H., Abdrahimov A.M., Basilevsky A.T., Head J.W., Pasckert J-H., Bauch K., van der Bogert C. Landing site selection for Luna-Glob mission in crater Boguslawsky // The 5th Moscow Solar System Symposium, IKI RAS, Moscow, 2014, abs. 5MS3-MN-19.
7. Kokhanov A. A., Kreslavsky M. A., Oberst J., Karachevtseva I.P. Mapping and the morphometric measurements of small lunar craters // The Fifth Moscow Solar System Symposium (5M-S3) IKI RAS, 13-18 October 2014 5MS3.
8. Kreslavsky M. A., Head III J.W., Kokhanov A. A., Neumann G. A., Smith D. E., Zuber M. T. and Kozlova N. A. A Map of Kilometer-Scale Topographic Roughness of Mercury // AGU fall Meeting, San Francisco, 15-19 Desember 2014. https://agu.confex.com/agu/fm14/webprogrampreliminary/Paper14940.html
9. Kuznetsova D. and Gritsevich M. Classification of meteor events in the Martian atmosphere // The Fifth Moscow Solar System Symposium (5M-S3) IKI RAS, 13-18 October 2014 5MS3.
10. Kuznetsova D., Gritsevich M., Vinnikov V. Košice meteoroid investigation: from observational data to analytic model // International Meteor Conference, Giron – France, September 18 — 21, 2014.
11. Oberst J., Heinlein D., Gritsevich M., Lyytinen E., Flohrer J., Margonis A., Lupovka V., Dmitriev V. , Schweidler F., Peltoniemi J., and Grau T. The extraordinary grazing fireball over Central Europe on March 31 // European Planetary Science Congress, Cascais, Portugal, 07 – 12 September 2014. EPSC Abstracts Vol.9, EPSC2014-745, 2014.
12. Oberst J., Shi X., Elgner S., Willner K. Dynamic Shape and Down-Slope Directions on Phobos // The Fifth Moscow Solar System Symposium (5M-S3) IKI RAS, 13-18 October 2014 5MS3.
13. Zubarev A., Nadezhdina I., Patraty V., Karachevtseva I., Kokhanov A., Kozlova N., Oberst J. New methodology for study of the basic geodetic parameters and relief of outer planetary bodies: Galilean satellites and Enceladus // The Fifth Moscow Solar System Symposium (5M-S3) IKI RAS, 13-18 October 2014 5MS3.