Определение вертикальной структуры аэрозольной составляющей в атмосфере Сатурна
| 1Овсак, АС 1Главная астрономическая обсерватория Национальной академии наук Украины, Киев, Украина |
| Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2018, 34(1):57-80 |
| Start Page: Динамика и физика тел Солнечной системы |
| Язык: русский |
Аннотация: По значениям геометрического альбедо Сатурна, полученным в 1993 г. в полосах поглощения метана на λ = 887, 864, 842, 727 и 619 нм, в рамках модели однородных сферических аэрозольных частиц изучено изменение с глубиной в атмосфере планеты аэрозольной и газовой рассеивательных составляющих эффективной оптической глубины. Для высотных уровней в диапазоне давлений 0.18…1.5 бар подтверждена близость использованных в работе параметров аэрозольных частиц к их реальным значениям. Выше уровня 0.054 бар выявлено наличие стратосферного аэрозоля. В вертикальной структуре облачного покрова верхней части атмосферы Сатурна обнаружено не менее семи особенностей. Высотное положение максимальной относительной концентрации аэрозоля определено на уровне примерно 0.3 бар при значении относительной концентрации метана 0.0021 или 0.12 бар при концентрации 0.0533. В слоях атмосферы Сатурна с давлением более 0.44 бар обнаружено размытое по высоте облако без выделяющихся в нем аэрозольных слоев. В глубоких слоях, от уровня 1.5 бар и глубже, выявлены признаки вероятного изменения параметров аэрозольных частиц. |
| Ключевые слова: атмосфера, аэрозоль, вертикальная структура, Сатурн |
References:
1.Аврамчук В. В., Бугаенко Л. А., Мороженко А. В., Яновицкий Э. Г. Результаты исследований Юпитера, выполненные в Главной астрономической обсерватории АН УССР. Астрометрия и астрофизика. 1977. Вып. 31. С. 54—68.
2.Бугаенко О. И. Обобщенные сферические функции в задаче Ми . Физика атмосферы и океана. 1976. 12. № 6. С. 603—611.
3.Бугаенко О. И., Длугач Ж. М., Мороженко А. В., Яновицкий Э. Г. Об оптических свойствах облачного слоя Сатурна в видимом участке спектра. Астрон. вестн. 1975. 9. N 1. С. 13—21.
4.Ибрагимов К. Ю. Численное моделирование слоистообразной облачности в атмосферах планет-гигантов. Алма-Ата: Наука, 1990. 239 с.
5.Мороженко А. В. О структуре облачного слоя Юпитера. Письма в Астрон. журн. 1984. 10. № 10. С. 775—779.
6.Мороженко О. В. Методи і результати дистанційного зондування планетних атмосфер. Київ: Наук. думка, 2004. 647 с.
7.Atreya S. K., Wong M. H., Owen T. C., Mahaffy P. R., Niemann H. B., De Pater I., Drossart P., Encrenaz Th. A comparison of the atmospheres of Jupiter and Saturn: deep atmospheric composition, cloud structure, vertical mixing, and origin. Planet. and Space Sci. 1999. 47. P. 1243—1262.
8.Atreya S. K., Wong A. S. Coupled clouds and chemistry of the giant planets — a case for multiprobes. Space Sci. Revs. 2005. 116. N 1. P. 121—136.
9.Banfield D., Gierasch P. J., Bell M., Ustinov E., Ingersoll A. P., Vasavada A. R., West R. A., Belton M. J. S. Jupiter’s cloud structure from Galileo imaging data. Icarus. 1998. 135. N 1. P. 230—250.
10.Bugaenko O. I., Morozhenko A. V. Physical characteristics of the upper layers of Saturn’s atmosphere. Adv. Space Res. 1981. 1. P. 183—186.
11.Chamberlain J. W. The atmosphere of Venus near cloud top. Astrophys. J. 1965. 141. N 4. P. 1184—1205.
12.Courtin R., Gautier D., Marten A., Bezard B., Hanel R. The composition of Saturn’s atmosphere at Northern temperate latitudes from Voyager IRIS spectra: NH3, PH3, C2H2, C2H6, CH3D, CH4, and the Saturnian D/H ratio. Astrophys. J. 1984. 287. P. 899—916.
13.Dlugach Z. M., Mishchenko M. I. The effect of aerosol shape in retrieving optical properties of cloud particles in the planetary atmospheres from the photopolarimetric data. Jupiter. Sol. Syst. Res. 2005. 32. P. 102—111.
14.Dlugach Z. M., Mishchenko M. I. Photopolarimetry of planetary atmospheres: what observational data are essential for a unique retrieval of aerosol microphysics? Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2008. 384. P. 64—70.
15.Dlugach Z. M., Yanovitskij E. G. The optical properties of Venus and the Jovian planets. II. Methods and results of calculations of the intensity of radiation diffusely refleeted from semi-infinite homogeneous atmosphere. Icarus. 1974. 22. Nl.P. 66— 81.
16.Fletcher L. N., Baines K. H., Momary T. W., Showman A. P., Irwin P. G. J., Orton G. S., Roos-Serote M., Merlet C. Saturn’s tropospheric composition and clouds from Cassini/VIMS 4.6-5.1 pm nightside spectroscopy. Icarus. 2011. 214. N 2. P. 510—533.
17.Fletcher L. N., Orton G. S., Teanby N. A., Irwin P. G. J., Bjoraker G. L. Methane and its isotopologues on Saturn from Cassini/CIRS observations. Icarus. 2009. 199, N 2. P. 351—167.
18.Giver L. P. Intensity measurements of the CH4 bands in the region of4350 to 10600 A. J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1978. 19. N 2. P. 311—322.
19.Karkoschka E. Spectrophotometry of the Jovian planets and Titan at 300 to 1000 nm wavelength: The methane spectrum. Icarus. 1994. 111. N 3. P. 967—982.
20.Kawata K. Circular polarization of sunlight reflected by planetary atmosphere. Icarus. 1978. 33. N 1. P. 217—233.
21.Lewis J. S. The clouds of the Jupiter’s and the NH3—H2O and NH3—H2S systems. Icarus. 1969. 10. N 3. P. 365—378.
22.Macy W. Jr. An analysis of Saturn’s methane 3ν3 band profiles in the terms of an inhomogeneous atmosphere. Icarus. 1976. 29. N 1. P. 49—56.
23.Matcheva K. I., Conrath B. J., Gierasch P. J., Flasar F. M. The cloud structure of the Jovian atmosphere as seen by the Cassini/CIRS experiment. Icarus. 2005. 179. N 2. P. 432—448.
24. Mendikoa I., Perez-Hoyos S., Sanchez-Lavega A. Probing clouds in planets with a simple radiative transfer model: the Jupiter case. Eur. J. Phys. 2012. 33, N 6. P. 1611—1624.
25.Merlet C. Clouds and haze in Saturn’s troposphere. Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics Department of Physics, University of Oxford, Thesis (PhD). Date of Award: 2013. URI: http://www2.physics.ox.ac.uk/sites/default/files/2012-03-082_merlet_pdf_...
26.Mishchenko M. I., Travis L. D., Kahn R. A., West R. A. Modeling phase functions for dustlike tropospheric aerosols using a shape mixture of randomly oriented polydisperse spheroids. J. Geophys. Res. 1997. 102. P. 16831—16847.
27.Mishchenko M. I., Travis L. D., Lacis A. A. Scattering, absorption, and emission of light by small particles. — Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2002.
28.Morozhenko A. V. New determination of monochromatic methane absorption coefficients with regard to the thermal conditions in the atmospheres of giant planets. IV. Jupiter and Saturn. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2007. 23. N 6. P. 245—257.
29.Morozhenko A. V. Ammonia in the atmospheres of Jupiter and Saturn: Absorption coefficients. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2009. 25. N 4. P. 182— 188.
30.Morozhenko A. V., Ovsak A. S., Korsun P. P. The vertical structure of Jupiter’s cloud layer before and after the impact of comet Shoemaker-Levy 9. European SL-9/ Jupiter Workshop. 1995. P. 267.
31.Morozhenko A. V., Ovsak A. S. Dependence of the aerosol component of optical thickness and the relative concentration of methane on depth in atmospheres of giant planets. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2009. 25. N 4. P. 173—181.
32.Morozhenko A. V., Ovsak A. S. On the possibility of separation of aerosol and methane absorption in the long-wavelength spectral range for giant planets. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2015. 31. N 5. P. 225—231.
33.Morozhenko A. V., Ovsak A. S. On the possibility of determining the imaginary part of the complex refractive index of aerosol particles in an individual altitudinal cloud layer of Jupiter’s atmosphere. Kinematics andPhys. Celest. Bodies. 2016. 32, N 6. P. 294—298.
34.Morozhenko A. V., Ovsak A. S., Vid’machenko A. P., Teifel’ V. G., Lysenko P. G. Imaginary part of the refractive index of aerosol in latitudinal belts of Jupiter’s disc. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2016. 32. N 1. P. 30—37.
35.Mousis O. J., Atkinson D. H. and the Hera Team. Hera Saturn Entry Probe Mission. A proposal in response to ESA call for a medium size mission opportunity in ESA’s science programme for launch in 2019—2030 (M5). Oct. 5, 2016. URI: https://arxiv. org/abs/1510.07685
36.Muñoz O., Moreno F., Molina A., et al. Study of the vertical structure of Saturn’s atmosphere using HST/WFPC2 images. Icarus. 2004. 169. N 2. P. 413—428.
37.Ovsak A. S. Calculation of effective optical depth of absorption line formation in homogeneous semi-infinite planetary atmosphere during anisotropic scattering. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2010. 26. N 2. P. 86—88.
38.Ovsak A. S. Upgraded technique to analyze the vertical structure of the aerosol component of the atmospheres of giant planets. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2013. 29. N 6. P. 291—300.
39.Ovsak A. S. Changes in the characteristics of the upper layers ofthe jovian atmosphere from the data on the integral observations of the planetary disk. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2015. 31. N 1. P. 25—32.
40.Ovsak А. S. Variations of the volume scattering coefficient of aerosol in the jovian atmosphere from observations of the planetary disk. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2015. 31. N 4. P.197—204.
41.Ovsak A. S. Vertical structure of cloud layers in the atmospheres of giant planets. I. On the influence of variations of some atmospheric parameters on the vertical structure characteristics. Solar Syst. Res. 2015. 49. N 1. P. 46—53.
42.Ovsak А. S., Teifel’ V. G., Lysenko P. G. Vertical structure of the volume scattering coefficient of aerosol in latitude belts of Jupiter’s disk. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2016. 32. N 4. P. 181—188.
43.Ovsak A. S., Teifel’ V. G., Vid’machenko A. P., Lysenko P. G. Zonal differences in the vertical structure of the cloud cover of Jupiter from the measurements of the methane absorption bands at 727 and 619 nm. Kinematics and Phys. Celest. Bodies. 2015. 31. N 3. P. 119—130.
44.Ovsak O., Kostogryz N. The method of computer analysis a vertical structure of aerosol component in the atmospheres of the giant planets. / AGU Chapman Conference on Crossing Boundaries in Planetary Atmospheres: From Earth to Exoplanets, Annapolis, Maryland. 24—28, June 2013, abstract W3.
45.Pérez-Hoyos S., Sánchez-Lavega A, French R. G., Rojas J. F. Saturn’s cloud structure and temporal evolution from ten years of Hubble Space Telescope images (1994—2003). Icarus. 2005. 176. N 1. P. 155—174.
46.Pérez-Hoyos S., Sánchez-Lavega A., Orton G., Hueso R. and 10 coauthors. The 2007 Jupiter’s North Temperate Belt disturbance. II. Vertical cloud structure models. Bull. Amer. Astron. Soc. 2007. 39. P. 443.
47.Ragent B., Colburn D. S., Rages K. A., et al. The clouds of Jupiter: Results of the Galileo Jupiter mission probe Nephelometer experiment. J. Geophys. Res. 1998. 103. N 10. P. 22891—22909.
48.Sánchez-Lavega A., Hueso R., Pérez-Hoyos S. The three-dimensional structure of Saturn’s equatorial jet at cloud level. Icarus. 2007. 187. N 2. P. 510—519.
49.Santer R., Dollfus A. Optical reflectance polarimetry of Saturn’s globe and rings. IV. Aerosols in the upper atmosphere of Saturn. Icarus. 1981. 48. N 3. P. 496—518.
50.Sato T., Kasaba Y., Takahashi Y., et al. Latitudinal variations in vertical cloud structure of Jupiter as determined by ground-based observation with multispectral imaging / American Geophysical Union, Fall Meeting 2008, abstract #P11B—127.
51.Sromovsky L. A., Baines K. H., Fry P. M. Saturn’s Great Storm of 2010—2011: Evidence for ammonia and water ices from analysis of VIMS spectra. Icarus. 2013. 226. N 1. P. 402—418.
52.Stam D., Banfield D., Gierasch P. J., Nicholson P. D. Near-IR spectrophotometry of saturnian aerosols — meridional and vertical distribution. Icarus. 2001. 152, N 2. P. 407—422.
53.Temma T., Chanover N. J., Simon-Miller A. A., Glenar D. A., Hillman J. J., Kuehn D. M. Vertical structure modeling of Saturn’s equatorial region using high spectral resolution imaging. Icarus. 2005. 175. N 2. P. 464—489.
54.Weidenscilling S. J., Lewis L. S. Atmospheric and cloud structures of the Jovian planets. Icarus. 1973. 20. N 4. P. 465—476.
55.West R. A., Baines K. H., Friedson A. J., et al. Jovian clouds and haze / Jupiter — The Planet, Satellites and Magnetosphere / Eds F. Bagenal, T. Dowling, W. McKinnon. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2004. P. 78—104.
56.West R. A., Baines K. H., Karkoschka E., Sanchez-Lavega A. Chapter 7. Clouds and Aerosols in Saturn’s Atmosphere — Saturn from Cassini-Huygens / Eds M. Dougherty et al. — Springer Science + Business Media B. V. , 2009. P. 161—179.
57.Yanovitskij E. G., Ovsak A. S. Effective optical depth of absorption line formation in semi-infinite planetary atmospheres. Kinematics andPhys. Celest. Bodies. 1997. 13. N 4. P. 1—19.