Введение к работе
Актуальності? темы
Планета Венера была s сущности заново открыта космическими аппаратами, причем на 90% отечественными. До начала космической эры Венеру считали планетой с умеренным климатом, похожей на Землю. Благодаря полетам космических аппаратоз мы знаем.что это совсем иной мир: мощная атмосфера,которая составляет около 1/10000 от массы планеты, избыток первичных (нерадиогенных) инертных газов, раскаленная {до 735К) поверхность, разогретая парниковым эффектом, атмосферная суперротация (скорость зонального зетра достигает 80-110 м/с), резкий дефицит воды, глобальный облачный покров с непростой вертикальной и горизонтальной структурой, криосфера вместо термосферы на больших высотах, отсутствие собственного магнитного поля (и вследствие этого совсем не такая, как у Земли, структура ионосферы и зочь обтекания солнечным ветром), сложная геоморфология.
Измерения инфракрасного теплового спектра Венеры позволяют получить характеристики средней атмосферы (55-95 км). Это важная часть атмосферы, ffle происходит поглощение УФ излучения Солнца и формирование сернокислотного аэрозоля фотохимическим путем. Динамические процессы формируют .'десь сложные структуры, наблюдаемые в іепловом ПК-диапазоне. Методы дистанционного зондирования Земли и планет с помощью инфракрасной спектрометрии широко известы, однако для Венеры эту возможность удалось использовать впервые при наблюдениях с АМС "Венера-15", где был установлен инфракрасный фурье-спектрометр (ФС). Было получено -1500 спектров в области 250 - 1650 см"1 со спектральным разрешением 5 и 7 см"' глазным образом дня северного полушария Венеры. Инфракрасная спектрометрия является уникальным методом, пезголяющим получить самосогласованным образом вертикальные температурные и аэрозольные профили в атмосфере, которые в свою очередь могут быть использованы для получения профилей малых составляющих. Такой подход позволяет извлекать все характеристики атмосферы из одного и тою же спектра, то есть с пространственным разрешением эксперимента, без привлечения модельной информации.
Ближайшим аналогом эксперимента ФС может служить ИК-радиометр на КА "Пионер-Венера". Однако он имел всего 4 спектральных канала в полосе 15 мкм СОг и только один - для аэрозольного зондирования. Другой класс экспериментов -радиозатменные, они дают возможность получать температурные профили для
отдельных точек планеты, но результаты получаются ненадежные для высот более 75 км.особенно в области высоких широт.
Цель работы
Целью настоящей работы является анализ полученных спектров, разработка методики восстановления параметров средней атмосферы Венеры, включающей решение обратной задами теории переноса излучения для самосогласованного восстановления температурного и аэрозольного профиля в средней атмосфере Венеры, получение вертикального профиля двуокиси серы, анализ вертикального и горизонтального распределения полученных параметров, создание банка температурных и аэрозольных профилей.
Научная новизна работы
Впервые создан детальный банк температурных и аэрозольных профилей для средней атмосферы Венеры, используя который можно получать вертикальные профили малых составляющих, поле термического ветра, рассчитывать тепловой баланс и др.
Впервые получена вертикальная и горизонтальная структура облаков в высоких широтах и показана их корреляция с инфракрасными деталями.
Впервые получены вертикальные профили двуокиси серы в средней атмосфере. Новизна результатов состоит іаюке в том, что' они получены в области атмосферы, практически недоступной для исследования другими методами.
Показан солнечно-связанный характер температурных инверсий о атмосфере (периоды 1 и 1/2 местных суток) и их устойчивость во времени.
\ Анализ восстановленных характеристик атмосферы позволил сделать выводы о
возможном выносе из нижней атмосферы газа и аэрозоля в области среднеширотного джета, о природе таких ИК особенностей,как "холодный воротник" и "горячий диполь" и их связи с динамикой атмосферы.
Разработанные алгоритмы могут быть применены в исследованиях атмосфер других планет Солнечной системы. Полученные результаты предлохадны для использования в справочной международной модели атмосферы Венеры (VIRA-2). Они
могут быть также использованы в инженерных моделях, предназначенных для обеспечения будущих космических экспедиций. Комлексмая интерпретация данных фурье-спектрометра дает возможность исследовать природу процессов, происходящих в атмосфере, тепловой баланс, циркуляцию, роль солнечных приливов, проблему возможного выноса аэрозоля и газов из нижней атмосферы и др.
-
Разработка методики самосогласованного восстановления температурного и аэрозольных профилей в средней атмосфере Венеры.
-
Создание банка температурных и аэрозольных профилей в средней атмссфере Венеры.
-
Разработка алгоритма и получение вертикального профиля двуокиси серы.
4. Проведение комплексного анализа температурных полей, аэрозольного
профиля и содержания SO^ позволившее сделать выводы о природе ИК деталей в
средней атмосфере, о важности солнечно-связанных процессов и их стабильности во
времени, о возможном выносе газа и аэрозоля из нижней атмосферы в области
среднеширотного джета и о динамике атмосферы.
Все выносимые на защиту результаты получены автором лично, либо при решающем участии автора.
Апообаиия работы проводилась в докладах на семинарах Отдела физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН, на семинарах Калифорнийского Технологического Института (США, 1992), Университета Висконсина (США, 1991), Университета Колорадо (США, 1991), на XXIX и XXX сессиях КОСПАР (1992 и 199^), на Генеральной ассамблее Европейского геофизического общества (1991), конференции Отделения планетных наук Американского астрономического общества (1994)
Публикации
Основные результаты, выносимые на защиту, содержатся в 17 печатных работах. Всего по вопросам,касающимся темы диссертации,опубликовано 36 работ.
Структура и об-ьем, дисмршии
Диссертация состоит из Введення, трех глав и Заключения, содержит /У^страниц текста, включая гб рисунков, 10 таблиц и список литературы из 1 наименования.
