Исследование термической структуры верхних слоев...

ШКОЛА-СЕМИНАР «ПОЛЯРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ШКОЛА-СЕМИНАР «ПОЛЯРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В АТМОСФЕРАХ ПЛАНЕТ»АТМОСФЕРАХ ПЛАНЕТ»

Московский Физико-Технический Институт Московский Физико-Технический Институт (Государственный Университет) (1)(Государственный Университет) (1)

Лаборатория ИСПАВРЛаборатория ИСПАВРИнститут космических исследований РАН (2)Институт космических исследований РАН (2)

Кафедра космической физикиКафедра космической физики

Исследование термической структуры Исследование термической структуры верхних слоев атмосферы Венерыверхних слоев атмосферы Венеры

Горинов Д.А., Засова Л.В., Игнатьев Н.И.Горинов Д.А., Засова Л.В., Игнатьев Н.И.

Апатиты 18.04.2013Апатиты 18.04.2013

Миссия «Венера-Экспресс»

Запущена: 2005 год

Околополярнаяорбита:

Пери 250 kmАпо 66000 kmПериод 24 h

VIRTIS: Изображающий спектрометр3 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.

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

Цели и задачи работы

Атмосферная циркуляция и свечение кислорода

O + O + COO + O + CO22 --> O --> O22** + CO + CO2 2 + 5.17 eV - + 5.17 eV - фотодиссоциацияфотодиссоциация

a. Oa. O22** --> O --> O22 + hv - de-excitation + hv - de-excitation

b. Ob. O22** + M --> O + M --> O22 + M - + M - quenching quenching

AS-SS циркуляция

Вариации макс. интенсивности свечения O2

66

82

108

RZS

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

Структура венерианской атмосферы

Пример спектра ночной стороны

Exposure time > 1 secO2 + thermal lower atm. emission

Exposure time < 1 sec

4.3 μm / ~95 km

4.3 μm / ~95 km

O2 + thermal lower atm. emission

Корреляции кислорода и яркостной температуры на примере 1 изображения

93_00-02

O2: 1.27 μm

Thermal: ~4.29 μm

ComparisonВосстановленные данные [Grassi et. al.]

Newly-acquired thermal map

minmax

Кислород [A. Shakun, 2011]

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 наблюденияЛимбовые наблюдения

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.

76_18

Наблюдение надоблачной дымкиНаблюдение надоблачной дымки

Характерная высота слоя колеблетсяна высотах 77-85км над поверхностью.FWHM ~ 3-4 км

Haze

1.74

1.18

2.3

322 623

718802

Вертикальные профили (примеры), показывающие наличие или отсутствие слоя

Надоблачная дымка и Надоблачная дымка и моделирование моделирование (ARS(ML), VIRA)(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 1Mode 2

Mode 2’ Mode 3

extinction coeff.

1.74 um

r1~0.1 um

r2~1 um

r2’~1.5 um

r3~4 um

Характер надоблачной дымки: мода 2?

Добавление различных слоевМ2 (рис.1) при моделированиине дает искомое локальное повышение интенсивности (рис.2)

=> М2 не объясняет данное явление

Характер надоблачной дымки: мода 1?

Однако при добавлении частицМ1 (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)

- 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

Выводы

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание!!