Цикл работ «Водяной пар и верхняя часть облачного слоя Венеры по данным Venus Express»

Игнатьев Николай Игоревич,

С.н.с. отд. 53., к.ф.-м.н.

Работы выполнены в соавторстве с зарубежными коллегами из Национального института астрофизики (INAF), Италия, и Института исследований Солнечной системы Макса Планка (MPS), Германия.

V. Cottini, N.I. Ignatiev, G. Piccioni, P. Drossart, D. Grassi, W.J. Markiewicz (2011). Water vapor near the cloud tops of Venus from Venus Express/VIRTIS dayside data, Icarus, in press, doi:10.1016/j.icarus.2011.06.018.

D. V. Titov, W. J. Markiewicz, N. I. Ignatiev, Li Song, S. S. Limaye, A. Sanchez-Lavega, J. Hesemann, M. Almeida, Th. Roatsch, K.-D. Matz, F. Scholten, D. Crisp, L. W. Esposito, S. F. Hviid, R. Jaumann, H. U. Keller, R. Moissl (2011). Morphology of the cloud tops as observed by the Venus Express Monitoring Camera. Icarus, in press, doi:10.1016/j.icarus.2011.06.020.

Y.J. Lee, D.V. Titov, S. Tellmann, A. Piccialli, N. Ignatiev, M. Pätzold, B. Häusler, G. Piccioni,

P. Drossart (2011). Vertical structure of the Venus cloud top from the VeRa and VIRTIS

observations onboard Venus Express. Icarus, in press, doi:10.1016/j.icarus.2011.07.001.

Аннотация.

1. Водяной пар вблизи верхней границы облаков.

По данным канала высокого разрешения VIRTIS-H эксперимента VIRTIS на КА Venus Express выполнены измерения содержания водяного пара вблизи верхней границы облаков с пространственным разрешением 10–100 км. Данные измерения являются наиболее качественными по точности и покрытию (в координатах широта — местное время) из большого количества измерений, выполненных различными методами к настоящему времени. Использовались полосы H₂O и СО₂, расположенные на длине волны ~2.5 мкм. Эти измерения убедительно и однозначно подтвердили отсутствие значительных вариаций содержания H₂O вблизи верхней границы облаков, обнаруженных ранее в некоторых экспериментах. В низких широтах (±40º) среднее содержание водяного пара равно 3±1 ppm, соответствующая высота верхней границы облаков 69.5±2 km. В средних широтах верхняя кромка облаков начинает снижаться, достигая минимума 64 км над полюсом, в то время как среднее содержание водяного пара достигает максимума 5 ppm с разбросом 1–15 ppm на широтах 70–80º. Показано также отсутствие заметной зависимости содержания H₂O от местного времени. Равновесная концентрация серной кислоты облачных капель, соответствующая измеренным содержаниям водяного пара составляет 75–83%. Сернокислотный аэрозоль находится в жидком переохлажденном состоянии. При этом количество воды в виде пара всегда превышает количество воды в аэрозоле, т.е. концентрация серной кислоты подстраивается под количества водяного пара, образующиеся на данном уровне вследствие каких либо (динамических, фотохимических) причин. Наблюдаемое пространственное распределение водяного пара вполне согласуется с предполагаемой динамикой атмосферы, а именно существованием ячейки Хэдли и полярной ячейки. Одновременные УФ изображения Венеры, полученные при помощи фотокамеры VMC, показали отсутствие предполагавшейся ранее возможной систематической связи между локальными (на масштабах в сотни км и менее) вариациями содержания УФ-поглотителя, водяного пара и высоты облаков.

2. Морфология верхней части облачного слоя (по данным эксперимента VMC).

В работе представлены результаты полетной калибровки фотокамеры VMC с акцентом на результаты УФ канала эксперимента, в котором, благодаря наличию УФ поглощения, изображение Венеры наиболее контрастно. В низких широтах преобладают относительно темные неоднородные облака, что свидетельствует об активной конвекции вблизи подсолнечной точки. На широте 50^о облачные детали становятся вытянутыми вдоль параллели, что предполагает горизонтальные почти ламинарные течения. Выше 60^о планета покрыта УФ светлой полярной «шапкой» без заметных деталей, которая иногда пересекается узкими (~ 300 км) спиральными «рукавами» полярного вихря. Эта характерная картина может изменяться в течение нескольких десятков часов, когда яркость дымки увеличивается до 30%, и она распространяется в низкие широты. Изображения с близкого расстояния показывают множество морфологических деталей, таких как конвективные ячейки, вытянутые полосы, похожие на кучевые облака, волновые пакеты. Часто наблюдаются различные мелкомасштабные волны. Наиболее часто волны наблюдаются на широтах 65–80^о и, особенно, над районом Земли Иштар, что предполагает их орографическое происхождение. Кратко обсуждаются приложения наблюдений VMC для изучения неизвестного УФ поглотителя, микрофизических процессов, динамики и радиационного баланса в верхнем ярусе облаков.

3. Структура верхних облаков: совместный анализ данных экспериментов VIRTIS и VeRa.

Оценка вертикального профиля концентрации аэрозольных частиц (точнее, двух его параметров: высоты верхней границы и шкалы высоты) выполнена путем подгонки спектров излучения атмосферы в диапазоне 4–5 мкм, измеренных спектрометром VIRTIS, с использованием вертикальных профилей температуры, полученных в эксперименте по радиопросвечиванию атмосферы VeRa (нечувствительном к аэрозолю). Высота верхней границы облаков уменьшается от 67.2±1.9 км в низких широтах до 62.8±4.1 км на полюсе с соответствующим уменьшением шкалы высоты от 3.8±1.6 км до 1.7±2.4 км. Эти изменения коррелируют с полем температуры. В холодном воротнике и высоких широтах высота верхней границы облаков совпадает с резким минимумом в температурной инверсии, предполагая роль радиационного охлаждения в образовании этих структур. Спектральная зависимость высоты верхней границы облаков соответствует их сернокислотному составу и указывает на увеличение размеров частиц от экватора к полюсу.