Исследование термической структуры верхних слоев атмосферы Венеры

1. ШКОЛА-СЕМИНАР «ПОЛЯРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В АТМОСФЕРАХ ПЛАНЕТ»Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет) (1)Лаборатория ИСПАВРИнститут космических исследований РАН (2)Кафедра космической физики Исследование термической структуры верхних слоев атмосферы Венеры Горинов Д.А., Засова Л.В., Игнатьев Н.И. Апатиты 18.04.2013

2. Миссия «Венера-Экспресс» Запущена: 2005 год Околополярная орбита: Пери 250 km Апо 66000 km Период 24 h

3. VIRTIS: Изображающий спектрометр 3 канала: VIRTIS-M Visible: 0.3 – 1 μm; разрешение 1.9 nm VIRTIS-M IR: 1 – 5 μm; разрешение 16 nm; Надирные и лимбовые режимы VIRTIS-H: 2 – 5 μm; разрешение 0.6 nm VIRTIS – гиперспектрометр, поэтому данные записываются и представляются в виде 3D кубов, где 2 измерения – геометрические, и 1 спектральное. Следовательно, каждый пиксель является отдельным спектром.

4. Цели и задачи работы • Основная цель – исследование надоблачной части атмосферы Венеры. • Исследование корреляции интенсивности свечения кислорода с температурой в верхней мезосфере, используя данные надирных наблюдений • 2) Изучение надоблачной дымки (75-90 км), используя данные лимбовых наблюдений

5. Атмосферная циркуляция и свечение кислорода AS-SS циркуляция O + O + CO2 --> O2* + CO2 + 5.17 eV - фотодиссоциация a. O2* --> O2 + hv - de-excitation b. O2* + M --> O2 + M - quenching

6. Вариации макс. интенсивности свечения O2 66 108 RZS 82

7. Распределение свечения кислорода, усреднённые данные [Шакун и др., 2010]

8. Структура венерианской атмосферы

9. Пример спектра ночной стороны Exposure time > 1 sec O2 + thermal lower atm. emission 4.3 μm / ~95 km O2 + thermal lower atm. emission Exposure time < 1 sec 4.3 μm / ~95 km

10. Корреляции кислорода и яркостной температуры на примере 1 изображения 93_00-02 Thermal: ~4.29 μm O2: 1.27 μm

11. Восстановленные данные [Grassi et. al.] Comparison min max Кислород [A. Shakun, 2011] Newly-acquired thermal map

12. Глобальная карта яркостных температур We used wavelength range 4.26 – 4.31 μm. Orbits 0 – 1100 (1270 images) have been calculated to create this map. Exposure time ~0.3 sec.

13. Глобальные вариации яркостных температур Orbits0-250 Orbits500-1000

14. Термический прилив – объясняет ли он данное явление? T(p,f,Ls)= T0(p, f) + T1(p, f)cos(Ls + φ1(p, f))+ + T2(p,f)cos(2Ls + φ2(p, f)) + + T3(p,f)cos(3Ls + φ3(p, f)) + + T4(p,f)cos(4Ls + φ4(p, f)) [Засова Л.В., и др., данные аппарата «Венера-15»]

15. Лимбовые наблюдения 76_18 4μm 2.3μm 1.74μm 1.27μm При расстоянии до вертикали на лимбе, равном 15 000 км, вертикальное разрешение в поле зрения VIRTIS cоставляет около 2.5 км.

16. Наблюдение надоблачной дымки Haze Характерная высота слоя колеблется на высотах 77-85км над поверхностью. FWHM ~ 3-4 км

17. Вертикальные профили (примеры), показывающие наличие или отсутствие слоя 322 623 1.74 1.18 2.3 802 718

18. Надоблачная дымка и моделирование (ARS(ML), VIRA) «хороший» случай: дымка не наблюдается, модель почти полностью соответствует измеренному профилю (орб. 330) Наличие слоя: модель не соответствует действительности на высоте >75 км. Необходимо вносить изменения, изменяя количество аэрозольных частиц (орб. 317)

19. Моделирование аэрозольных частиц Mode 2 Mode 1 r1~0.1 um r2~1 um r2’~1.5 um r3~4 um Mode 2’ Mode 3 1.74 um extinction coeff.

20. Характер надоблачной дымки: мода 2? Добавление различных слоев М2 (рис.1) при моделировании не дает искомое локальное повышение интенсивности (рис.2) => М2 не объясняет данное явление

21. Характер надоблачной дымки: мода 1? • Однако при добавлении частиц • М1 (рис.1) в модельном профиле сразу возникает «слой» (рис.2) • с помощью фитирования экспериментальных профилей можно определять кол-во рассеивающих частиц (также решая обратную задачу)

22. Выводы • Индивидуальные карты распределения кислорода показывают, что максимум свечения может перемещаться в диапазоне локального времени -4h - +4h. Сдвиг с антисолнечной точки к утренней стороне может быть обусловлен суперпозицией SS-AS and RZS. Противоположный сдвиг и симметричная картина пока не объяснены, возможно объяснение теорией термических приливов. • Тем не менее, карты O2 показывают сходство с картами яркостных температур, со схожей картиной максимумов интенсивности • А также минимумов интенсивности, что в целом указывает на перемещение воздушных масс через терминаторы с дневной стороны. • Имеют место глобальные вариации температуры с длительным течением времени на высотах >90 км • - Слой надоблачной дымки на высоте ~80 км хорошо наблюдается на большом количестве орбит, однако стандартная модель венерианской атмосферы не согласуется с этими данными: необходимо вносить изменения в параметры аэрозольных мод! (мода 1, а не 2; учёт широтной зависимости • Дальнейшая работа: 1) детальное изучение температурных вариаций, выявление закономерностей; • 2) Внесение изменений в текущую модель аэрозолей, «подгон» и расчёт числа рассеивающих частиц

23. Спасибо за внимание!