О возможных изменениях физических характеристик аэрозоля в глубоких слоях атмосферы Сатурна

Рубрика: 
Динамика и физика тел Солнечной системы
1Овсак, АС
1Главная астрономическая обсерватория Национальной академии наук Украины, Киев, Украина
Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2019, 35(1):42-56
https://doi.org/10.15407/kfnt2019.01.042
Start Page: Динамика и физика тел Солнечной системы
Язык: русский
Аннотация: 

Работа посвящена определению значений величин физических параметров облачных частиц в глубоких слоях атмосферы Сатурна с использованием данных дистанционных измерений поля солнечного излучения, диффузно отраженного планетой-гигантом. В предыдущих исследованиях по значениям геометрического альбедо Сатурна, полученным в 1993 г. в диапазоне длин волн 300...1000 нм, автором с использованием метода эффективной оптической глубины получена зависимость аэрозольной рассеивающей составляющей оптической глубины от давления, т. е. ее изменение с высотой в атмосфере. Анализ исходных данных был выполнен в длинноволновой части спектра в линиях поглощения метана различной мощности с центрами на длинах волн = 619, 727, 842, 864 и 887 нм. На некоторых высотных уровнях в глубоких слоях атмосферы планеты-гиганта на указанной зависимости проявились особенности, которые возможно отображают изменения физических характеристик аэрозоля. Поэтому целью данной работы было определение возможных значений физических параметров аэрозольных частиц в глубоких слоях атмосферы Сатурна на высотных уровнях с отмеченными выше особенностями. В результате обнаружено увеличение эффективного радиуса облачных частиц с глубиной: его значение равнялось 1.4 мкм в верхней части тропосферы, 1.83 мкм на высотном участке с давлением 1.0...1.25 бар и 2.2...2.4 мкм — на участке с давлением 1.5...2.0 бар. В последнем выявлено уменьшение действительной части показателя преломления аэрозольных частиц на 3.5 %. В качестве возможной причины такого уменьшения рассмотрена смена фазового состояния аэрозольных частиц в нижних, более теплых слоях атмосферы Сатурна, из-за наличия в их составе гидроксида аммония в достаточной концентрации.
Ключевые слова: атмосфера, аэрозольные частицы, глубокие слои, Сатурн, физические параметры

Полный текст (PDF)

References: 

1. Bugaenko O. I., Dlugach Zh. M., Morozhenko A. V., Yanovitsky E. G.  (1975) Optical properties of Saturn's cloud layer in the visible spectral region. Astronomicheskii Vestnik, 9(1), 13-21  (in Russian).

2. Atreya S. K., Wong A. S. (2005) Coupled clouds and chemistry of the giant planets — a case for multiprobes. Space Sci. Revs, 116(1), 121—136.

3. Chamberlain J. W. (1965) The atmosphere of Venus near cloud top. Astrophys. J., 141(4), 1184—1205.

4. Fletcher L. N., Baines K. H., Momary T. W., Showman A. P., Irwin P. G. J., Orton G. S., Merlet C. (2011) Saturn’s tropospheric composition and clouds from Cassini/VIMS 4.6 - 5.1 μm nightside spectroscopy. Icarus, 214, 510—533.

5. Fletcher L. N., Guerlet S., Orton G. S., Cosentino R. G., Fouchet T., Irwin P. G. J., Li L., Flasar F. M., Gorius N., Morales-Juberías R. (2017) Disruption of Saturn’s quasi-periodic equatorial oscillation by the great northern storm. Nature Astron., 1, 765— 770.

6. Hildenbrand D. L., Giauque W. F. (1953) Ammonium oxide and ammonium hydroxide. Heat capacities and thermodynamic properties from 15 to 300 K. 1. J. Amer. Chem. Soc., No. 75, 2811—2818.

7. Karkoschka E. ( 1994) Spectrophotometry of the Jovian planets and Titan at 300 to 1000 nm wavelength: The methane spectrum. Icarus, 111, 967—982.

8. Karkoschka E., Tomasko M. G. (2005) Saturn’s vertical and latitudinal cloud structure 1991—2004 from HST imaging in 30 filters. Icarus, 179, 195—221.

9. Kawata K. (1978) Circular polarization of sunlight reflected by planetary atmosphere. Icarus, 33, 217—233.

10. Kerola D. X., Larson H. P., Tomasko M. G. (1997) Analysis of the near-IR spectrum of Saturn: A comprehensive radiative transfer model of its middle and upper troposphere. Icarus, 127, 190—212.

11. Lindal G. F. (1992) The atmosphere of Neptune: an analysis of radio occultation data with Voyager 2. Astron. J., 103, 967—982.

12. Muñoz O., Morena F., Molina A., Grodent D., Gérard J. C., Dols V. (2004) Study of the vertical structure of Saturn’s atmosphere using HST/WFPC2 images. Icarus, 169, 413—428.

13. Morozhenko A. V. (1984) Jovian cloud stratification. Sov. Astron. Lett., 10, 323— 325.

14. Morozhenko A. V. (1993) On the vertical structure of cloud layers in the atmospheres of giant planets. Kinematics Phys. Celestial. Bodies, 9, 1—19.

15. Morozhenko A. V., Ovsak A. S. (2017) On the probable change of the radius and nature of aero­sol particles in the deep layers of Jupiter’s atmosphere. Kinematics Phys. Celestial. Bodies, 33, 88—93.

16. Ovsak A. S. (2013) Upgraded technique to analyze the vertical structure of the aerosol component of the atmospheres of giant planets. Kinematics Phys. Celestial. Bodies, 29, 291—300.

17. Ovsak А. S. (2015) Variations of the volume scattering coefficient of aerosol in the jovian atmosphere from observations of the planetary disk. Kinematics Phys. Celestial. Bodies, 31, 197—204.

18. Ovsak A. S. (2015) 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., 49, 46—53.

19. Ovsak А. S. (2018) On determining the vertical structure of the aerosol component in the atmosphere of Saturn. Kinematics Phys. Celestial. Bodies, 34, 37—51.

20. Ovsak A. S. (2018) The altitudinal dependence of aerosol volume scattering coefficient in the atmosphere of Saturn in 1993. 49th Lunar and Planet. Sci. Conf. LPSC2018, abstract # 1069.

21. Pérez-Hoyos S., Sánchez-Lavega A., French R. G., Rojas J. F. (2005) Saturn’s cloud structure and temporal evolution from 10 years of Hubble Space Telescope images (1994—2003). Icarus, 176, 155—174.

22. Roman M. T., Banfield Don, Gierasch P. J. (2013) Saturn’s cloud structure inferred from Cassini ISS. Icarus, 225, 93—110.

23. Sánchez-Lavega A., Hueso R., Pérez-Hoyos S. (2007) The three-dimensional structure of Saturn’s equatorial jet at cloud level. Icarus, 187, 510—519.

24. Santer R., Dollfus A. (1981) Optical reflectance polarimetry of Saturn’s globe and rings: IV. Aerosols in the upper atmosphere of Saturn. Icarus, 48, 496—518.

25. Sromovsky L. A., Baines K. H., Fry P. M. (2013) Saturn’s Great Storm of 2010—2011: Evidence for ammonia and water ices from analysis of VIMS spectra. Icarus, 226, 402—408.

26. Sromovsky L. A., Baines K. H., Fry P. M., Momary T. W. (2016) Cloud clearing in the wake of Saturn’s Great Storm of 2010—2011 and suggested new constraints on Saturn’s He/H2 ratio. Icarus, 276, 141—162.

27. Temma T., Chanover N. J., Simon-Miller A. A., et al. (2005) Vertical structure modeling of Saturn’s equatorial region using high spectral resolution imaging. Icarus, 175, 464—489.