Титан как источник ультрафиолетового и километрового излучений

1. Титан как источник ультрафиолетового и километрового излучений В.В. Зайцев, В. Е. Шапошников Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород

2. Сату́рн — шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Экваториальный радиус планеты ~ 6х109 см ~ 9,5 Rз Полярный радиус планеты ~ 5х109 см Состав: водород - ~ 96%, гелий - ~ 3% Период обращения T = 10 часов 39 минут Магнитное полена экваторе ~ 0,2 Гс Титан — самый крупный спутник Сатурна и второй по величине спутник в Солнечной системе (крупнее только Ганимед, спутник Юпитера). Единственный спутник в Солнечной системе, имеющий плотную атмосферу (Р~1,45 атм.) Радиус спутника ~ 2,6х108 см ~0,4Rз Радиус орбиты ~ 20 RS Невозмущенное магнитное поле Сатурна вблизи Титана (5-10)х10-5 Гс Скорость коротации на орбите Титана ≈ 130 км/с Наведенный потенциал на масштабе спутника ~ 10 кВ Составатмосферы: азот - > 95%, метан – 1,6-4,9% Собственная магнитосфера отсутствует. Ионосфера: Nmax≈4х103 см-3, hmax≈1220 км, Nn≈5x108см-3 Снимки Сатурна и Титана КА «Кассини»

3. Километровое радиоизлучение Сатурна. • Километровое радиоизлучение Сатурна было открыто во время полета космических аппаратов “Voyager” вблизи планеты. Излучение соответствует необыкновенной моде, имеет 100% круговую поляризацию, источники располагались в высокоширотной части обоих полушарий на дневной стороне планеты. • Наблюдения на КА “Cassini” показали: • появляемость излучения коррелирует с положением спутника Титана на его орбите. Наблюдалось статистически значимое увеличение появляемости излучения, когда Титан находился на ночной стороне и уменьшение появляемости излучения, когда Титан находился на дневной стороне, в полуденном (12<LT<18) секторе (Menietti et al. 2007 ). • имеется источник на ночной стороне, вблизи L-оболочек L~10-15 (Farrell et al. 2005); Ультрафиолетовое излучение атмосферы Титана. Ультрафиолетовое излучение (500-1700 Å) возбужденных молекул атмосферы Титана было открыто во время полетов КА “Voyager”. Наблюдаемая интенсивность излучения соответствовала энерговкладу в атмосферу Титана порядка (3-5)х109 Вт. Оценки показали, что ни солнечные фотоны и фотоэлектроны, ни электроны из магнитосферы Сатурна не могут обеспечить необходимого энерговклада.

4. Ускорение электронов в ионосфере Титана Титан обладает собственной атмосферой и ионосферой и движется в магнитном поле Сатурна с относительной скоростью, меньшей, чем альфвеновская и звуковая скорости в области орбиты спутника. - электрическое поле, индуцированное в ионосфере Титана - электрическое поле разделения зарядов в ионосфере Титана - гирочастота электронов e и ионовi - время свободного пробега в ионосфере Титана - доля нейтрального газа при ед. СГС

5. «Убегающие» электроны из ионосферы Титана Ускоряются до максимальной энергии Ee ~ 5 кэВи уходят из области ускорения электроны («убегающие» электроны), удовлетворяющие условию: сила трения, обусловленная столкновениями в ионосфере Титана В невозмущенной ионосфере электронов, удовлетворяющих этому условию мало поле Драйсера в ионосфере Титана столкновениями электронов с ионами можно пренебречь и торможение электронов обусловлено столкновениями с нейтральными частицами установившаяся средняя скорость электронов тепловая скорость электронов в невозмущенной ионосфере Развивается бунемановская неустойчивость, возникает аномальное сопротивление элек-трическому току, нагрев электронов и дополнительная ионизация в области ускорения

6. «Убегающие» электроны из ионосферы Титана тепловая скорость электронов в области ускорения численный коэффициент концентрация «убегающих» электронов концентрация ионосферных электронов в области ускорения - плотность потока энергии ускоренных электронов - мощность ускорительного механизма в ионосфере Титана высота ионосферного слоя дополнительный интеграл вероятностей

7. Ультрафиолетовое излучение из ионосферы Титана Предполагаем, что наблюдаемое ультрафиолетовое излучениеиз атмосферы Титана возбуждается электронами, ускоренными в ионосфере Титана - оценка потока ультрафиолетового излучения - наблюдаемый поток ультрафиолетового излучения молекулярного азота (Strobel & Shemansky, 1982)

8. Корреляция появляемости излучения с положением Титана на орбите • Вариация интенсивности SKR в зависимости от положения Титан на орбите обусловлено двумя факторами. • Во время нахождения на ночной стороне Сатурна Титан попадает внутрь оболочки L ~ 14, вытянутой вследствие влияния кольцевого тока ( Connerneyet al. 1984) Поэтому его электроны могут попадать в ночной источник SKR, расположенный на силовых линиях вблизи L ~ 10-15, и активировать его. • Ослабление источника SKR на дневной стороне обусловлено уменьшением магнитного поля вблизи дневной магнитопаузы, что приводит к уменьшению эффективности ускорения электронов, а также периодическим выходом Титана из магнитосферы планеты во время которого Титан оказывается не связанным посредством магнитного поля с источниками SKR. Рисунок из Connerney et al. 1984 Рисунок из Menietti et al. 2007