Модернизация метода анализа вертикальной структуры аэрозольной составляющей атмосфер планет-гигантов
| 1Овсак, АС 1Главная астрономическая обсерватория Национальной академии наук Украины, Киев, Украина |
| Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2013, 29(6):53-67 |
| Start Page: Динамика и физика тел Солнечной системы |
| Язык: русский |
Аннотация: Разработан комплекс программ для определения характера изменения с глубиной оптической толщины аэрозоля или отношения оптических толщин аэрозольной и газовой составляющих в спектральных полосах поглощения атмосферных газов. Структурно комплекс состоит из следующих блоков: расчет по программе М. И. Мищенко коэффициентов xi разложения индикатрисы рассеяния в ряд по полиномам Лежандра и объемного коэффициента рассеяния σ0 полидисперсной среды с заданными показателем преломления и функцией N(r) распределения частиц по размерам; формирование интерполяционного массива пар модельных значений альбедо однократного рассеяния ω и геометрического альбедо Ag для полубесконечной однородной среды с определенными в предыдущем блоке параметрами; определение значений альбедо однократного рассеяния путем сравнения рассчитанных и наблюденных значений геометрического альбедо для каждой точки измерений исследуемой полосы поглощения атмосферного газа (с учетом изменения индикатрисы рассеяния из-за рэлеевского рассеяния); расчет спектральных значений τэф эффективных оптических глубин формирования поля интенсивности света, диффузно отраженного исследуемой атмосферой; нахождение по данным об ω и τэф рассеивательной и поглощательной составлящих эффективной оптической глубины (τsэф и τvэф); определение количества поглощающего газа NL (в км-амагат) на луче зрения по данным о τvэф, а по ним — атмосферного давления p(NL) и газовой составляющей рассеивательной части оптической глубины τg(λ0) на длине волны λ0 = 887.2 нм; по данным о τ8эф(λ) и τg(λ,NL) — нахождение аэрозольной составляющей τa(λ,NL); построение графической зависимости от давления пересчитанных на λ0 = 887.2 нм значений τa(λ) или отношения τa(λ)/ τg(λ). Комплекс программ был апробирован для анализа данных спектрофотометрических измерений интегрального диска Юпитера в контурах сильных полос поглощения метана с центрами на λλ 841.6, 864 и 887.2 нм в предположении двух вариантов функции распределения частиц по размерам (модифицированное гамма-распределение и нормально-логарифмическое). Выявлено, что для одной и той же среды при близких результатах вычислений анализ в модели гамма-распределения выполняется в несколько раз быстрее. |
| Ключевые слова: аэрозоль, планеты-гиганты |
References:
1. В. В. Аврамчук, "Определение оптических параметров атмосферы Юпитера". Аст¬рон. циркуляр. № 484, 4—6 (1968).
2. В. В. Аврамчук, Л. А. Бугаенко, А. В. Мороженко и др., "Результаты исследований Юпитера, выполненные в Главной астрономической обсерватории АН УССР". Астрометрия и астрофизика. Вып. 31, 54—68 (1977).
3. М. С. Дементьев, А. В. Мороженко, "Зоны и полосы диска Юпитера. Различие в вертикальной структуре облачных слоев". Астрон. вестн. 24 (4), 275—287 (1990).
4. К. Ю. Ибрагимов, Численное моделирование слоистообразной облачности в атмо¬сферах планет-гигантов, ( Алма-Ата: Наука, 1990.—239 с. )
5. А. В. Мороженко, "О структуре облачного слоя Юпитера". Письма в Астрон. журн. 10 (10), 775—779 (1984).
6. А. В. Мороженко, "Вертикальная структура широтных облачных поясов Юпитера". Астрон. вестн. 24 (1), 64—76 (1985).
7. А. В. Мороженко, "Проблемы изучения вертикальных структур атмосфер планет- гигантов". Кинематика и физика небес. тел. 9 (6), 3—26 (1993).
8. А. В. Мороженко, "Вероятные пределы для размеров частиц и относительных кон¬центраций аэрозоля и метана на уровнях формирования центров полос погло¬ще¬ния метана на 727, 619, 543 и 441 нм". Кинематика и физика небес. тел. 15 (2), 110—122 (1999).
9. А. В. Мороженко, "Различие вертикальных структур облачных слоев атмосфер планет-гигантов". Кинематика и физика небес. тел. 17 (3), 261—278 (2001).
10. О. В. Мороженко, Методи і результати дистанційного зондування планетних атмосфер, ( Київ: Наук. думка, 2004.—647 с. )
11. А. В. IV. Юпи¬терМороженко, "Переопределение значений монохроматических коэффи¬циен¬тов поглощения метана с учетом тепловых режимов планет-гигантов". Кинематика и физика небес. тел. 23 (6), 337— 348 (2007).
12. А. В. Мороженко, А. С. Овсак, "Зависимости аэрозольной составляющей опти¬ческой толщины и относительной концентрации метана от глубины в атмо¬сфе¬рах планет-гигантов". Кинематика и физика небес. тел. 25 (4) (2009).
13. А. В. Мороженко, А. С. Овсак, П. П. Корсун, "Вертикальная структура облачного слоя Юпитера до и после столкновения с кометой Шумейкера — Леви 9". Ки¬не¬матика и физика небес. тел. 11 (4), 3—20 (1995).
14. А. В. Мороженко, Э. Г. Яновицкий, "Параметры вертикальной структуры верхних слоев атмосферы Юпитера". Письма в Астрон. журн. 2 (11), 549—553 (1976).
15. А. С. Овсак, "Расчет эффективной оптической глубины формирования линии по¬глощения в однородной полубесконечной планетной атмосфере при анизо¬троп¬ном рассеянии". Кинематика и физика небес. тел. 26 (1) (2010).
16. Э. Г. Яновицкий, А. С. Овсак, "Эффективная оптическая глубина формирования линии поглощения в полубесконечной планетной атмосфере". Кинематика и физика небес. тел. 13 (4), 3—21 (1997).
17. S. K. Atreya, T. M. Donahue, M. C. Festou, "Jupiter — Structure and composition of the upper atmosphere". Astrophys. J. 247 (1), L43—L47 (1981).
18. L. Axel, "Inhomogenous model of the atmosphere of Jupiter". Astrophys. J. 173 (2), 451—468 (1972).
19. J. T. II. AbsorptionBergstralh, "Methane absorption in the Jovian atmosphere". Icarus. 19 (3), 390—418 (1973).
20. J. W. Chamberlain, "The atmosphere of Venus near cloud top". Astrophys. J. 141 (4), 1184—1205 (1965).
21. D. S. Choi, A. A. Simon-Miller, "An analysis of Cassini observations regarding the structure of Jupiter’s equatorial atmosphere". American Geophysical Union’s 45th Annual Fall Meeting, 3—7 Dec. 2012, San Francisco, CA, http:// ntrs.nasa.gov/search.jsp?N=0&Ntk=All&Ntx=mode+matchallany&Ntt=Jupiter+ upper+atmosphere+structure..
22. R. E. Danielson, M. G. Tomasko, "A two-layer model of the Jovian clouds". J. Atmos. Sci. 26 (5), 889—897 (1969).
23. J. M. Dlugach, E. G. II. Yanovitskiy, "The optical properties of Venus and the Jovian planets. Methods and results of calculations of the intensity of radiation diffusely reflected from semi-infinite homogeneous atmosphere". Icarus. 22 (1), 66— 81 (1974).
24. L. P. Giver, "Intensity measurements of the CH4 bands in the region of 4350 to 10600 ". J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transpher. 19 (2), 311—322 (1978).
25. S. L. Hess, "Variations in atmospheric absorption over the disk of Jupiter and Saturn". Astro¬phys. J. 18 (1), 151—160 (1953).
26. P. G. J. Irwin, S. B. Calcutt, F. W. Taylor, Weirand, "Calculated k distribution coefficients for hydrogen- and self-broadened methane in the range 2000—9500 cm–1 from exponential sum fitting to band-modelled spectra". J. Geophys. Res. 101 (E11), 26137—26154 (1996).
27. E. Karkoschka, "Spectrophotometry of the Jovian planets and Titan at 300 to 1000 nm wavelength: The methane spectrum". Icarus. 111 (3), 967—982 (1994).
28. E. Karkoschka, "Methane, Ammonia, and temperature measurements of the Jovian planets and Titan from CCD-spectrophotometry". Icarus. 133 (1), 133— 146 (1998).
29. E. Karkoschka, M. G. Tomasko, "Methane absorption coefficients for the jovian planets from laboratory, Huygens, and HST data". Icarus. 205 (2), 674— 694 (2010).
30. J. S. Lewis, "The clouds of the Jupiter’s and the NH3—H2O and NH3—H2S systems". Icarus. 10 (3), 365—378 (1969).
31. M. I. Mishchenko, "Physical properties of the upper troposphere aerosols in the equatorial region of Jupiter". Icarus. 84 (2), 296—304 (1990).
32. A. Molina, F. Moreno, J. J. Lopes-Moreno, "Equatorial cloud structure of Jupiter derived from high resolution spectroscopy in the 6300—6825 ". Astron. and Astro¬phys. 226 (1), 311—317 (1989).
33. F. Moreno, A. Molina, "Jupiter’s atmospheric parameters derived from spectroscopic observations in the red region during the 1988 opposition". Astron. and Astro¬phys. 241 (1), 243—250 (1991).
34. Morozhenko A. V. “Monochromatic absorption coefficients of methane and ammonia with regard to thermal conditions in giant planet atmospheres.”, http://www.mao. kiev.ua/eng/dept/ssystem_morozhenko_e.html
35. A. V. Morozhenko, E. G. I. Yanovitskij, "The optical properties of Venus and Jovian planets. The Atmosphere of Jupiter according to polarimetric observations". Icarus. 18 (4), 583—592 (1973).
36. J. B. Pollack, K. Rages, K. H. Baines, et al., "Estimations of the bolometric albedo and radiance balance of Uranus and Neptune". Icarus. 65 (2/3), 442— 466 (1986).
37. M. J. Price, J. S. Hall, P. B. Boyse, al. II. et, "The physical properties of the Jovian atmo¬sphere inferred from eclipses of the Galilean satellites. 1971 apparition". Icarus. 17 (1), 49—56 (1972).
38. B. Ragent, S. Colburn, K. A. Rages, et al., "The clouds of Jupiter: Results of the Galileo Jupiter mission probe Nephelometer experiment". J. Geophys. Res. 103 (E10), 22891—22909 (1998).
39. K. Rages, R. Beebe, D. Senske, "Jovian stratospheric hazes: The high phase view from Galileo". Icarus. 139 (2), 211—226 (1999).
40. T. Saton, K. Kawabata, "Methane band photometry of the faded south equatorial band of Jupiter". Astrophys. J. 384 (1), 298—304 (1992).
41. P. H. Smith, "The vertical structure of the Jovian atmosphere". Icarus. 65 (2/3), 264—279 (1986).
42. C. R. Stoker, "Vertical cloud structure of Jupiter’s equatorial plumes". Icarus. 64, 557—575 (1985).
43. M. G. Tomasko, B. zard, L. Doose, et al., "Measurements of methane absorption by the descent imager/spectral radiometer (DISR) during its descent through Titan’s atmosphere". Planet. and Space Sci. 56 (5), 624—647 (2008).
44. M. G. Tomasko, R. A. West, N. D. I. Castillo, "Photometry and polarimetry of Jupiter at large phase angle. Analysis of imaging data of a prominent belt and a zone from Pioneer 10". Icarus. 33 (3), 558—592 (1978).
45. S. J. Weidenscilling, J. S. Lewis, "Atmospheric and cloud structures of the Jovian planets". Icarus. 20 (4), 465—476 (1973).
46. R. A. West, M. G. III. Tomasko, "Spatially resolved methane band photometry of Jupiter. Cloud vertical structures for several axisymmetric bands and the Greate Red Spot". Icarus. 41 (2), 278—292 (1980).
47. J. H. Woodman, W. D. Cohran, D. B. Slavsky, "Spatially resolved reflectivities of Jupiter during the 1976 opposition". Icarus. 37, 73—83 (1979).