ШКОЛА-СЕМИНАР «ПОЛЯРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В АТМОСФЕРАХ ПЛАНЕТ» Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет) (1) Лаборатория ИСПАВР Институт 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 Миссия «Венера-Экспресс» Запущена: 2005 год Околополярная орбита: Пери 250 km Апо 66000 km Период 24 h 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. Цели и задачи работы Основная цель – исследование надоблачной части атмосферы Венеры. 1) 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 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 Вариации макс. интенсивности свечения O2 66 108 82 φ ,S 40 50 60 RZS Orbit 351 Распределение свечения кислорода, усреднённые данные [Шакун и др., 2010] Структура венерианской атмосферы NO airglow airglow 1.27m 4.3 1e-005 Solar thermal reflected radiation radiation 15 10 25 m 0.3 - 4 m Themosphere 4.3 120 1e-006 Planetary NORTH DAY 110 100 0.0001 2.3 80 Z, km 0.01 70 5 1.27 1.18 1 m Main cloud deck 60 1 1.7 50 Tropopause 40 10 30 20 20 50 10 92 0 Troposphere P, bar Night emissions 90 0.001 0.1 Mesopause Mesosphere O2 0 200 400 T, K Temperature, K 600 800 Пример спектра ночной стороны O2 + thermal lower atm. emission Exposure time > 1 sec 4.3 μm / ~95 km O2 + thermal lower atm. emission Exposure time < 1 sec 4.3 μm / ~95 km Корреляции кислорода и яркостной температуры на примере 1 изображения 93_00-02 Thermal: ~4.29 μm O2: 1.27 μm Восстановленные данные [Grassi et. al.] Comparison max Кислород [A. Shakun, 2011] Newly-acquired thermal map min 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. Глобальные вариации яркостных температур Orbits 0-250 Orbits 500-1000 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»] Лимбовые наблюдения 76_18 2.3 μm 1.74 μm 4 μm 1.27 μm При расстоянии до вертикали на лимбе, равном 15 000 км, вертикальное разрешение в поле зрения VIRTIS cоставляет около 2.5 км. Наблюдение надоблачной дымки Haze Характерная высота слоя колеблется на высотах 77-85км над поверхностью. FWHM ~ 3-4 км Вертикальные профили (примеры), показывающие наличие или отсутствие слоя 322 623 1.74 1.18 2.3 718 802 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) Моделирование аэрозольных частиц Mode 2 Mode 1 Mode 2’ r1~0.1 um Mode 3 r2~1 um r2’~1.5 um 1.74 um r3~4 um extinction coeff. 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 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) 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 Спасибо за внимание!