Исследования планет
и малых тел Солнечной
системы. Космогония
Институту принадлежит важная роль в научном обеспечении полетов космических аппаратов к Венере и Марсу и проведении комплекса уникальных исследований в атмосферах этих планет на аппаратах серий "Венера" и "Марс" [96]. На этих аппаратах были выполнены первые в мире прямые измерения температуры, давления и плотности в атмосфере и на поверхности Венеры. Также впервые были проведены прямые измерения структуры и микрофизических свойств уникальных облаков Венеры, что позволило выявить наличие верхнего, среднего и нижнего ярусов облаков, содержащих три различные моды облачных частиц, и определить положение нижней границы облачного слоя. На основе выполненных измерений был создана модель атмосферы этой планеты, положенная в основу проектирования нового поколения посадочных аппаратов. В 1974 г. на спускаемом аппарате "Марс-6" были выполнены первые прямые измерения температуры, давления и скорости ветра в атмосфере Марса.
Проведенные расчеты переноса теплового излучения для влажной углекислой атмосферы Венеры в инфракрасной области спектра от 1,5 до 1000 микрон, где сосредоточено равновесное излучение атмосферы при температуре поверхности 735K, позволили выявить важнейшие спектральные интервалы, в которых происходит вынос теплового потока при разных содержаниях паров воды. Сделан вывод о том, что высокоширотная атмосфера существенно суше, чем низко- и среднеширотная [97].
Изучение структуры и свойств комет представляет первостепенный интерес для планетной космогонии. Основное внимание в создаваемых в Институте математических моделях комет уделяется вопросам тепломассопереноса в пористом кометном ядре. Развитые подходы включают в себя эффективные методы кинетического моделирования с использованием алгоритмов Монте-Карло, анализ фазовых переходов и изучение эволюции сублимирующего многокомпонентного газа при различных условиях инсоляции. Эти модели призваны помочь более надежному истолкованию экспериментальных данных, ожидаемых от будущих космических полетов к кометам.
Массивному телу соответствует жирная точка. Рисунки (в проекции на галактическую плоскость) относятся к варианту пролета тела с массой, равной массе галактики, пролетающего вблизи галактического диска (с параметрами порядка нашей галактики) перпендикулярно его плоскости с удвоенной параболической скоростью. Время t дается в миллиардах лет, момент t = 0 соответствует наибольшему сближению.
Представлены кадры кинофильма, снятого в ИПМ в 1973 г. с экрана дисплея.
Другим важным направлением являются исследование миграции комет и астероидов и их вклада в формирование атмосфер и гидросфер планет земной группы. Моделирование миграции малых тел непосредственно связано также с анализом роли столкновительных процессов в Солнечной системе и оценками эффективности переходов астероидов на орбиты, пересекающиеся с орбитой Земли, что вносит вклад в актуальную проблему астероидной безопасности [98].
В Институте были выполнены пионерские работы, связанные с гравитационным взаимодействием галактик и с процессами формирования планетных систем. При близком пролете массивного тела мимо галактики возникают специфические приливные эффекты, появляются спиральные ветви, значительные отклонения от плоскости диска, искажения поля скоростей вещества, падение газа на плоскость галактики. Проанализировано поведение до 2000 не взаимодействующих между собой точек-спутников, двигавшихся первоначально по круговым кеплеровским орбитам вокруг центральных областей галактики и возмущаемых при близком пролете массивного тела (рис. 13). Качественный анализ и численный эксперимент позволили выявить основные эффекты, возникающие при характерных вариантах гиперболического пролета массивного тела относительно галактики [99].
Рассмотрена также эволюция плоского протопланетного облака, состоящего из большого числа гравитационно-взаимодействующих и объединяющихся при контактах тел (протопланет), движущихся в поле центрального массивного тела (Солнца или планеты). Предполагалось, что гравитационное взаимодействие между телами имеет место лишь при их бинарном тесном сближении. Считалось, что от одного тесного сближения до другого тела движутся по кеплеровским орбитам, причем орбиты всех тел в начальный момент эволюции облака являются круговыми. Изучена так называемая предельная модель процесса аккумуляции, в которой каждое тесное сближение тел заканчивается их объединением.
Показано, что в ходе эволюции такой модели в ней появляются кольцевые зоны уплотнения вещества, последующее развитие которых приводит к образованию планет с преимущественно прямым вращением вокруг своих осей [100].