§ 94. Вращение спутников и изменение их блеска

Впервые систематические налюдения блеска были организованы при полете второго советского искусственного спутника Земли. Напомним, что он собой представлял. При его выводе на орбиту контейнер не отделился от последней ступени ракеты-носителя и двигался вместе с ней как одно целое. Вся система имела значительные размеры и потому обладала большим блеском, так что ее можно было наблюдать невооруженным глазом как довольно яркую звезду.

Система была симметрична относительно продольной оси, и вращение вокруг этой оси не должно было изменять ее блеска. И вот тут обнаружилось, что система вращается вокруг поперечной оси, как бы «кувыркаясь». Поэтому площадь «диска» системы периодически изменялась, что вызывало периодические колебания блеска с амплитудой, доходящей до нескольких звездных величин!

Были начаты визуальные оценки блеска по одному из способов, описанных в § 88. Наблюдатель оценивал блеск спутника по сравнению с окрестными звездами и диктовал оценки помощнику, который записывал также и моменты наблюдений. При этих наблюдениях предпочтительнее было пользоваться методом Пиккеринга, так как звезды сравнения все время менялись, а их звездные величины известны из каталога.

В результате таких наблюдений были построены кривые блеска и определен период его изменения, который, очевидно, равен половине периода вращения. Вращение второго советского искусственного спутника Земли было медленным: один оборот длился около трех минут.

Амплитуда колебаний блеска оказалась переменной, что и следовало ожидать: она зависит от угла; образованного лучом зрения с осью вращения. Были даже случаи полного прекращения колебаний блеска.

Сильные и быстрые колебания блеска испытывала также ракета-носитель третьего советского искусственного спутника Земли. Один максимум блеска следовал за другим через каждые 8 - 9 секунд, так что период вращения был равен 16 - 18 секундам! Вполне понятно, что такая быстрая переменность блеска лишала возможности выполнять его оценки. Поэтому наблюдатель ограничивался определением момента вспышки и диктовал помощнику, который следил за хронометром и записывал эти моменты с точностью до 0,5 сек. В этом случае можно было определить только значение периода, если по всем наблюденным за одно прохождение ракеты по небу моментам (а их набиралось до 50) вывести по способу наименьших квадратов формулу (8.1). Кривая изменения блеска оставалась неизвестной, но период определялся из совокупности наблюдений с достаточной точностью.

Оба типа наблюдений - построение кривой блеска медленно вращающегося спутника и определение моментов максимумов блеска быстро вращающихся, вполне доступные любителю астрономии, сохранили свое научное значение и теперь. Конечно, лучше такие наблюдения проводить фотоэлектрически, непрерывно записывая блеск спутника на ленту самописца, но можно делать их и обычными визуальными методами, как это было описано выше.

На рисунке 196 изображена фотоэлектрическая кривая изменения блеска спутника «Пагеос», полученная в Одесской астрономической обсерватории в 1971 г. Из нее видно, что период изменения блеска близок к 3,5 минуты. Амплитуда же колебаний блеска - около четырех звездных величин. Многолетние наблюдения показали, что период вращения «Пагеоса» изменяется в очень широких пределах. На рис. 197 показано, как он изменялся в 1966- 1967 гг. Сначала «Пагеос» совершал один оборот за 130 секунд, потом его вращение замедлилось и период увеличился до 700 секунд, а затем оно стало ускоряться, и теперь «Пагеос» вращается так же быстро, как при выходе на орбиту. Причина такого странного изменения скорости его вращения пока еще неясна.

Рис. 196. Кривая изменения блеска спутника 'Пагеос'. Счет времени в минутах от момента to. Время возрастает справа налево; деления следуют через минуту

Наблюдения ракеты-носителя спутника «Космос-54», показали, что период вращения спутника существенно зависит от солнечной активности, Эта зависимость сложная. Солнечная активность влияет на состояние верхних слоев земной атмосферы, а их изменяющаяся плотность - на период осевого вращения спутника. Кроме того, солнечная активность изменяет магнитное поле Земли, что также сказывается на вращении спутника. Таким образом, вращение спутника оказалось очень чувствительным индикатором состояния земной атмосферы и магнитного поля Земли. Последнее утверждение иллюстрируется рис. 198. В его верхней части изображено изменение плотности атмосферы (в кг/м³) в том слое, где проходила орбита спутника в августе 1966 г. Плотность вычислена на основании исследования изменения периода осевого вращения спутника на базе наблюдений, выполненных визуально по международной программе «Спин». В нижней части того же рисунка показано изменение скорости солнечного ветра. Стрелками отмечены моменты наступления магнитных бурь. Совпадение формы графиков очевидно. Таким образом, визуальные любительские наблюдения изменений блеска спутников продолжают оставаться очень важными.

Рис. 197. График изменения периода вращения 'Пагеоса'

Рис. 198. Связь между плотностью верхних слоев земной атмосферы, определенной по торможению вращения спутника, и 'силой' солнечного ветра. Стрелками отмечены магнитные бури

Для того чтобы выполнять такие наблюдения, надо знать, где и когда будет пролетать по небу тот или иной спутник. Существуют точные способы таких расчетов, но они требуют знания элементов орбиты. Вместо них можно предложить приближенный способ, который особенно хорош для предсказания прохождений «высоких» спутников, таких, как «Пагеос». Надо сравнить между собой два последовательных прохождения. Допустим, что нам удалось подробно проследить за ходом спутника на фоне звездного неба; полезно нанести его путь на звездную карту. При этом надо определить тот момент, когда спутник пересек небесный экватор (или какую-нибудь суточную параллель). Если в следующие сутки удастся повторить такое определение, то разность моментов даст возможность предсказать, когда произойдут очередные прохождения. Надо эту разность прибавить к последнему наблюденному моменту. Найдя разность прямых восхождений точек пересечения экватора, мы можем быть уверены, что почти такие же сдвиги пути произойдут и в последующие даты. Такие расчеты помогают подготовиться к наблюдениям.