Максим Валерьевич Нырцов – доктор технических наук, профессор РАН, профессор кафедры картографии и геоинформатики МГУ им. М.В. Ломоносова, член редколлегии журнала «Геодезия и картография».
Автор многочисленных научных трудов, в том числе посвящённых математическим основам карт малых тел Солнечной системы.
В преддверии дня космонавтики, давшей старт космической эре человечества, проф. М.В. Нырцов рассказал редакции «Вестника» о самых значимых и впечатляющих работах в области картографирования объектов Солнечной системы, которые позволяют нам также понять процессы эволюции Вселенной.
— Почему именно спутник Марса Фобос оказался первым из малых небесных тел, на которое были составлены карты?
— До 2006 года, когда Международный астрономический союз (МАС) сформулировал определение малого тела Солнечной системы, Фобос считался таковым. Но после принятия решения МАС его правильнее стало называть малым естественным спутником Марса.
Фобос оказался первым несферическим малым телом, которое заставило картографов задуматься о том, как отобразить его необычную фигуру. Ведь она нерегулярна, а если описывать её трёхосным эллипсоидом, по рекомендации МАС, то становится очевидно, что Фобос приплюснут с полюсов и экватора.
Все эти факты побудили картографов разрабатывать новые проекции – морфографические проекции и проекции трёхосного эллипсоида для составления карт подобных тел. Было это в 80-х – 90-х годах ХХ века.
— Какие проекции выбираются для картографирования малых небесных тел (МНТ)? В чём отличия методологии картографирования МНТ от картографирования планет?
— Как было сказано выше, форму большинства малых небесных тел МАС рекомендует описывать с помощью трёхосного эллипсоида. Планеты обычно аппроксимируют с помощью сферы или эллипсоида вращения. Поэтому методология картографирования МНТ в большинстве случаев опирается на использование проекций трёхосного эллипсоида. Если необходимо отобразить нерегулярность фигуры, то прибегают к морфографическим проекциям.
— Поясните момент, связанный с полярным и экваториальным сжатием МНТ: как это влияет на выбор проекций для картографирования МНТ?
— Трёхосный эллипсоид характеризуется полярным и экваториальным сжатиями. Фигуры МНТ, описываемые эллипсоидом, чрезвычайно разнообразны и имеют различные значения сжатий. Некоторые из них незначительно сжаты, например, астероид Веста, а другие, как астероид Эрос, наоборот, экстремально сжаты. Со сжатием тесно связаны характеристики эксцентриситетов, которые участвуют в вычислениях картографических проекций. На этом этапе и появляется основная проблема пригодности формул для вычисления проекций сильно приплюснутых тел. В своё время для картографирования Фобоса проф. Л.М. Бугаевским была предложена проекция трёхосного эллипсоида, формулы которой совершенно не подошли для картографирования Эроса. Разработка проекций для МНТ стала предметом моих диссертаций - кандидатской и докторской.
— Как картографируются кометы, в частности комета Чурюмова–Герасименко?
— Ядро кометы Чурюмова–Герасименко является очень интересным объектом для картографирования. Оно напоминает гантель и состоит из двух долей (малой и большой), соединённых перешейком. Известны ещё несколько МНТ со сдвоенной фигурой, например, астероиды Таутатис и Касталия, а астероиды Итокава и Эрос предлагается в дальнейшем рассматривать также как объекты со сдвоенной фигурой. Картографирование сдвоенных объектов является новой вехой в картографировании МНТ. Каждая из долей рассматривается как отдельный объект, описываемый трёхосным эллипсоидом со своими значениями осей, а перешеек, отделённый предварительно от долей, картографируется на вспомогательную поверхность цилиндра.
— Расскажите о космическом аппарате и проекте NEAR Shoemaker. По каким причинам он был направлен и совершил посадку именно на астероиде Эрос? Что нам дала эта миссия в плане осмысления роли МНТ в эволюции Солнечной системы?
— NEAR Shoemaker – это автоматическая межпланетная станция NASA, которая стала первым искусственным спутником астероида и первым искусственным объектом, совершившим посадку на поверхность астероида Эрос. По пути к Эросу аппарат исследовал ещё один астероид – Матильда. В 1992 году при планировании полёта был проведён поиск целей, соответствующих возможностям аппарата «NEAR Shoemaker». При этом необходимо было соблюсти многочисленные требования: выбрать окно запуска, учесть орбиту астероида и изменение скорости космического аппарата и др. Предварительно в кандидаты было отобрано несколько астероидов. Однако все они имели малые размеры. Учёных не устраивало, что небольшой размер тел может ограничить разнообразие информации. В результате с учётом всех требований был выбран Эрос.
Космический аппарат NEAR Shoemaker предоставил данные об астероидах Матильда и Эрос. Научная аппаратура, установленная на борту, позволила получить цифровую модель Эроса, химический состав астероида, физические и орбитальные характеристики, которые важны для расчёта его дальнейшего космического путешествия, так как он является астероидом, сближающимся с Землёй. Предполагается, что Эрос появился примерно 4,6 млрд лет назад, а значит, его состав может пролить свет на процессы формирования Солнечной системы.
— Планируются ли какими-либо из космических агентств аналогичные по сложности миссии по посадке на малые небесные тела? Какие работы по этим направлениям ведутся в Роскосмосе, РАН?
— У зарубежных космических агентств есть программы по исследованию дальнего космоса, в том числе по забору грунта с астероидов. Так, например, у NASA есть программа «New Frontiers», целью которой является исследование наименее изученных областей Солнечной системы. В рамках этой программы автоматическая межпланетная станция OSIRIS-REx в октябре 2020 года произвела успешное сближение с астероидом Бенну с последующим забором образцов грунта. Автоматическая межпланетная станция Hayabusa2 японского космического агентства JAXA в феврале 2019 года осуществила посадку на поверхность астероида Рюгу. После взятия образцов грунта аппарат ушёл на орбиту вокруг астероида. В планах OSIRIS-REx есть пролёт и сближение с другими астероидами.
На данный момент времени в приоритете Роскосмоса и РАН – исследования крупных небесных тел: Луны и Марса.
— Какая часть МНТ Солнечной системы картографирована? Какие из объектов МНТ представляют наибольшую сложность для картографирования?
— Для картографирования МНТ важно наличие исходных данных в виде космических изображений, цифровых моделей фигур, различных тематических данных, полученных с помощью научных приборов. Поэтому картографирована та часть МНТ, для которой есть какие-то из перечисленных данных. Немаловажно, чтобы МАС установил особенности вращения тела (направление и ось вращения, положение полюса и др.) и референц-поверхность, с помощью которой аппроксимируется фигура тела. Только после этого можно приступить к составлению карт.
Наибольшую сложность при картографировании представляют МНТ с фигурой, отличающейся от регулярных референц-поверхностей.
— Расскажите, пожалуйста, для нашей аудитории о вашем результате при создании карты Фобоса в цилиндрической и азимутальной проекциях меридианного сечения для трёхосного эллипсоида (научная статья об этом достижении опубликована в февральском номере «Геодезии и картографии»).
— В февральском номере журнала «Геодезия и картография» представлена моя с коллегами Флейс М.Э. (ИГ РАН) и Соколовым А.И. (магистрант географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова) статья. В ней впервые осуществлена реализация новых проекций трёхосного эллипсоида (цилиндрической и азимутальной проекций меридианного сечения) для картографирования малых тел Солнечной системы. Нам наконец удалось воплотить идею проф. Л.М. Бугаевского для отображения поверхности спутника Марса Фобоса в цилиндрической и азимутальной проекциях, одинаковых по искажениям.
Необходимость подобных проекций вытекает из того, что не существует строго равноугольных цилиндрических и азимутальных проекций трёхосного эллипсоида, которые сохраняют подобие бесконечно малых форм, что важно, например, для передачи форм кратеров на картах. Предложенные проекции являются квазиравноугольными, а для Фобоса, как тела со сравнительно небольшим сжатием, они очень близки к равноугольным.
— Расскажите о вашей роли в международной картографической ассоциации, а также об основных и наиболее значимых ваших проектах в МГУ.
— Я являюсь членом комиссии по картографическим проекциям при Международной картографической ассоциации. Продвигаю через персональные контакты и заседания комиссии идеи внедрения в ГИС отечественных картографических проекций, разработанных во времена СССР, а также проекций трёхосного эллипсоида для картографирования МНТ. Наиболее значимый проект в МГУ имени М.В. Ломоносова – это мои ученики.
Интервью Максима Тужикова