Дефракция, поглощение и температурный режим в полярной и приполярной атмосфере Венеры по данным радиопросвечивания тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

на правах рукописи

ГУБЕНКО ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

ЕФРАКЦИЯ, ПОГЛОЩЕНИЕ И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ В ПОЛЯРНОЙ И ПРИПОЛЯРНОЙ АТМОСФЕРЕ ВЕНЕРЫ ПО ДАННЫМ РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЯ (специальность: 01.04.03 - радиофизика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1995 г.

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте радиотехники и электроники РАН

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ЯКОВЛЕВ О.И.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ЩАВЕЛЬНИКОВ A.B. доктор физико-математических наук, профессор ЛУКИН Д.С.

Институт космических исследований РАН.

Защита состоится "■/£" К ЮН. 9. 1995 г. в №'00 на заседании диссертационного совета Д 002.74.02 при Ордена Трудового Красного Знамени Институте радиотехники и электроники РАН по адресу: 103907, Москва, ГСП-3, Моховая, II.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН.

Автореферат разослан »и - МЬЯ- 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук м^ж'/--ГОЛУБЦОВ М.Г.

Актуальность темы и состояние вопроса.

Новые возможности исследования атмосферы планеты появились с ачалом регулярных запусков к Венере межпланетных станций осна-енных научной аппаратурой для непосредственного измерения пара-етров атмосферы. К 1983 г. атмосфера Венеры была исследована II пускаемыми аппаратами, запушенными в СССР. При этом измерялись емпература, давление, проводилось определение скорости ветра, элучались данные о химическом составе и структуре облачного слоя тмосферы Венеры. В 1978 г. аппарат "Пионер-Венера" исследовал гмосферу планеты с помощью четырех зондов.

Благодаря успешным запускам космических аппаратов к Венере, гала актуальной задача изучения распространения радиоволн в ат-эсфере этой планеты с целью определения влияния ее на условия здиосвязи.

Единичные исследования атмосферы Венеры радиозатменным мето-эм были проведены с использованием пролетных космических аппара-эв "Маринер-5" в 1967 г. и "Маринер-Ю" в 1974 г.Первое массовое заведование атмосферы Венеры на высотах 40-90 км было осуществит методом радиопросвечивания с помощью спутников "Венера-9, 10" в 1975-1976 гг. В результате были исследованы 50 районов панеты и выявлены закономерности поведения приэкваториальной и эеднеширотной атмосферы. Были получены зависимости температуры, авления и плотности атмосферы от. высоты, широты и зенитного угла элнца в экваториальных и среднеширотных областях планеты.

Второй цикл массовых исследований атмосферы Венеры методом адиопросвечивания был проведен в 1978-1983 гг. с помощью спутни-а "Пионер-Венера", что позволило получить подробные сведения об

атмосфере на разных широтах северного и южного полушарий планеты По радиозатменным данным, полученным с помощью спутника "Пионер Венера" было также определено поглощение радиоволн диапазон ^ - 13 см в атмосфере.

К началу наших исследований в 1983 г. с помощью советских : американских космических аппаратов была получена обширная инфор мация об атмосфере Венеры. В то же время атмосфера высоких шире южного полушария осталась практически неизученной. Эксперимен тальные данные о поглощении радиоволн в атмосфере ограничивалис: лишь результатами радиозатменных измерений в диапазоне 13 см осуществленных с помощью аппаратов "Маринер-5,-10" и "Пионер-Ве нера". Рефракционные эффекты, связанные с распространением радио волн в атмосфере Венеры, ранее практически не анализировались.

Спутники "Венера-15" и "Венера-16" позволили нам осуществит: подробные систематические исследования полярной и приполярной ат мосферы северного и южного полушарий Венеры. Удалось реализоват: многократные радиопросвечивания ранее практически неизученной юж ной полярной и приполярной атмосферы. Использование двух диапазо нов длин волн, дециметрового (Х--32 см) и сантиметрового 5 см - оказалось особенно эффективным, так как это не только повысил! надежность измерений, но и дало возможность изучить поглощен» сантиметровых радиоволн в атмосфере.

Метод радиопросвечивания позволяет исследовать атмосферу диапазоне высот 40+90 км. В данной работе под полярной атмосферо Венеры понимается атмосфера в широтном интервале от 80 до 90° : северном и южном полушариях планеты. Атмосферу в интервале шире от 80 до 60° будем называть "приполярной", под "средней атмосфе

рой" следует понимать атмосферу в интервале высот ь = 40+90 км.

Релью диссертационной работы является экспериментальное исследование рефракции и поглощения радиоволн в полярной атмосфере Венеры, получение и анализ фактических данных о температурном режиме полярной и приполярной атмосферы планеты на основе результатов экспериментов радиопросвечивания.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Получены новые экспериментльные данные об изменениях частоты и амплитуды радиоволн при радиопросвечивании 42 районов полярной и приполярной атмосферы Венеры.

2. Определены высотные зависимости угла рефракции, коэффициента преломления и рефракционного ослабления радиоволн в полярной атмосфере планеты.

3. Получены новые сведения о поглощении сантиметровых радиоволн и о высотном распределении содержания паров серной кислоты в средней атмосфере планеты.

4. Получена совокупность новых фактических данных о высотных зависимостях плотности, давления, температуры в 42 районах полярной и приполярной атмосферы. Определены характерные параметры атмосферы в исследованных районах и получены высотные профили плотности, давления, температуры в полярной и приполярной атмосфере северного и южного полушарий Венеры.

Достоверность полученных результатов подтверждается анализом погрешностей измерений; согласием их с данными других экспериментов; соответствием этих результатов с современными представлениями об атмосфере Венеры и о процессах распространения в ней радиоволн.

Научная и практическая ценность. В научном плане представляет интерес исследование явлений рефракции и поглощения радиоволн при радиопросвечивании полярной атмосферы. Полученные в 42 районах планеты данные о высотных профилях плотности, давления и температуры существенно расширяют и дополняют известные сведения о малоизученной полярной и приполярной атмосфере планеты. Исследование полярной и приполярной атмосферы Венеры радиозатменным методом с использованием двух диапазонов длин волн 32 и 5 см представляет собой дальнейшее развитие радиофизических методов изучения плотных атмосфер планет.

В практическом плане результаты, относящиеся к исследованию рефракции и поглощения радиоволн, могут быть использованы для анализа условий радиосвязи с космическими аппаратами.

Защищаются следующие положения и результаты.

1. Двухчастотный радиозатменный метод является эффективным средством изучения особенностей распространения радиоволн в полярной и приполярной атмосфере Венеры.

2. Полученные результаты и анализ данных о поглощении сантиметровых радиоволн позволяют определить высотное распределение паров серной кислоты в атмосфере Венеры.

3. Закономерности высотных зависимостей угла рефракции, коэффициента преломления и рефракционного ослабления радиоволн.

4. Совокупность результатов анализа экспериментальных данных о плотности, давлении, температуре в полярной и приполярной атмосфере северного и южного полушарий Венеры.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и библиографии, содержит 145 стр. м.п. текста, 47 рисунков и 14 таблиц.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель работы и научные положения, выносимые на защиту, эписана структура диссертации и указана роль соавторов.

Первая глава является литературно-аналитическим обзором. В ней представлены результаты исследования средней атмосферы Венеры.

В разделе 1.1 изложены результаты радиопросвечиваний атмосферы планеты, выполненных с помощью советских спутников "Вене-ра-9,-10" и американских космических аппаратов "Маринер-5,-10" и "Пионер-Венера". Большое внимание уделено описанию полученных высотных профилей температуры и давления. Здесь также подробно рассмотрены имеющиеся в настоящее время радиозатменные данные о поглощении радиоволн диапазона 13 см в атмосфере Венеры.

Раздел 1.2 посвящен исследованиям атмосферы планеты, осуществленным с помощью спускаемых аппаратов "Венера", "Пионер-Венера", "Вега". Поскольку материалы этих исследований обширны, то здесь рассматриваются только результаты определения давления, плотности, температуры, химического состава атмосферы и структуры эблачного слоя планеты в интервале высот от ~40 до -90 км. Показано, что прямые измерения с помощью спускаемых аппаратов предоставили обширную информацию о параметрах атмосферы на широтах менее 60°. Атмосфера в более высоких широтах исследовалась только дистанционными методами и она значительно менее изучена, причем в южном полушарии планеты проводились лишь единичные измерения параметров атмосферы радиозатменным методом. В заключении главы сформулированы конкретные задачи исследования полярной и приполярной атмосферы Венеры, эффективное решение которых представляет

собой дальнейшее развитие радиофизических методов изучения плотных атмосфер планет.

Главы 2-5 содержат оригинальные материалы, полученные диссертантом .

Во второй главе изложены результаты экспериментов радиопросвечивания атмосферы Венеры, осуществленных с помощью спутников "Венера-15" и "Венера-16".

В разделе 2.1 представлены схема эксперимента, блок-схема приемной и регистрирующей аппаратуры, методика регистрации частоты и амплитуды радиоволн, приведен список сеансов радиопросвечивания и указаны координаты исследованных районов Венеры.

В разделе 2.2 рассматриваются первичные экспериментальные данные об изменениях частоты и амплитуды дециметрового и сантиметрового сигналов, описана методика предварительной обработки частоты и амплитуды сигналов, позволяющая выделить изменения параметров радиоволн, связанные с влиянием атмосферы, на фоне остальных мешающих факторов.

В разделе 2.3 показано, как определялись параметры атмосферы и проанализированы погрешности полученных результатов. Среднеквадратичная ошибка измерения частоты сигнала составляла 0.02-0.03 Гц при просвечивании верхних слоев атмосферы и увеличивалась до ~ 0.15 Гц при просвечивании атмосферы на высоте ~40 км над поверхностью планеты. Ошибки определения угла рефракции, обусловленные погрешностью измерения частоты, не превышали

с

10 рад. при просвечивании атмосферы на высоте ~40 км, что соответствует относительной погрешности определения К менее 0.01$. Рассмотрены источники погрешностей определения атмосферных пара-

летров. Главным фактором, ограничивающим точность определения плотности р, давления р и температуры т, является неточность высотной привязки результатов измерений, которая осуществляется на основе траекторных данных. Оцениваемая в ±0.3 км, систематическая ошибка высотной привязки может приводить, при определении плотности или давления на высотах ниже 80 км, к относительным погрешностям р или р от 3$ до Ъ%. При этом ошибки определения температуры не превышают ±3 К, что соответствует относительной погрешности т менее 1.5%.

В третьей главе диссертации представлены результаты определения высотных зависимостей угла рефракции и приведенного коэффициента преломления исю при радиопросвечивании полярной атмосферы Венеры. Для определения зависимостей и были использованы данные об изменениях частоты дециметрового сигнала.

В разделе 3.I проанализированы полученные экспериментальные данные о приведенном коэффициенте преломления. Определено, что экспериментальные зависимости ысм в северном и южном полушариях планеты являются практически идентичными в интервале высот от 87 до 42 км. Получена усредненная по пятнадцати полярным районам высотная зависимость приведенного коэффициента преломления. Найдено, что усредненная зависимость мсм на высотах от 87 до 59 км описывается экспоненциальной функцией со шкалой высот (5.2±0.05> км, что указывает на изотермичность полярной атмосферы на этих высотах. На высотах ь < 59 км усредненная зависимость исю описывается степенной функцией, что свидетельствует о постоянном вертикальном градиенте температуры в полярной атмосфере на высотах от 59 до 42 км. Полученные в работе аналитические за-

висимости соответствуют экспериментальным значениям исы с точностью до в интервале высот от 44 до 73 км, а на других высотах точность аппроксимации не хуже 8%. Они могут быть использованы в качестве модели высотного профиля нсьэ в полярной атмосфере Венеры при анализе условий радиосвязи с космическими аппаратами.

В разделе 3.2 приведены экспериментальные данные об изменениях угла рефракции. Обнаружено, что зависимости угла рефракции от минимальной высоты луча в полярной атмосфере северного и южного полушарий Венеры практически одинаковы. Определен усредненный по пятнадцати полярным районам профиль угла рефракции в интервале высот луча от 42 до 87 км. Получены аналитические выражения для зависимости выше и ниже уровня тропопаузы, которые соответ-

ствуют экспериментальным данным об угле рефракции на высотах от 43 до 80 км с точностью не хуже 6%.

В разделе 3.3 обсуждаются вариации напряженности поля дециметровых радиоволн при радиопросвечивании и проводится сравнение экспериментальных зависимостей напряженности шля с результатами расчета рефракционного ослабления радиоволн в полярной атмосфере. На рис Л кривыми I и 2 показаны типичные изменения поля есы дециметровых радиоволн, полученные при заходе аппарата за планету 31 и 23 октября 1983 г. соответственно. На рис.1 вертикальная ось справа соответствует нормированным значениям, напряженности поля Е'Ео) относящимся к кривой I. Левая ось ординат относится к кривой 2. Здесь ео - напряженность поля радиоволн до начала влияния атмосферы. По горизонтальной оси отложены значения минимальной высоты луча ь. Исследованные районы находились на широте <р - 85.4е

Рис Л. Экспериментальные зависимости напряженности поля дециметровых радиоволн от минимальной высоты луча

Рис.2. Коэффициенты поглощения в зависимости от высоты для двух диапазонов длин волн

по разные стороны от терминатора; зенитные углы Солнца в этих районах были равны 95.4° (кривая I) и 85° (кривая 2). Анализ приведенных на рис Л и других аналогичных зависимостей есю показывает, что в полярной атмосфере наряду с неоднородностями турбулентной природы, со случайным распределением их по высоте, в интервале от 70 до 60 км присутствуют слоистые неоднородности со сравнительно высокой стабильностью расположения по высоте. В интервале высот от 60 до 57 км, где расположена тропопауза, поведение амплитуды сигнала характеризуется яркой особенностью, которая отмечена на рисЛ стрелками. Здесь на границе перехода от изотермической к адиабатической атмосфере наблюдаются сильные изменения уровня сигнала.

В четвертой главе диссертации представлены экспериментальные результаты определения поглощения сантиметровых радиоволн и содержания паров серной кислоты в атмосфере Венеры.

В разделе 4.1 анализируются полученные при радиопросвечивании атмосферы планеты изменения амплитуды сантиметровых и дециметровых сигналов. Описана процедура определения изменений амплитуды сантиметровых радиоволн, связанных с поглощением радиоволн в атмосфере. Приведена усредненная по пяти районам атмосферы высотная зависимость интегрального поглощения мощности сантиметровых радиоволн.

В разделе 4.2 получены теоретические соотношения, позволяющие по экспериментальным данным об интегральном поглощении, восстанавливать высотный профиль коэффициента поглощения сантиметровых радиоволн в атмосфере Венеры. Анализируются методические погрешности определения профиля «сю, возникающие при решении

обратной задачи о поглощении радиоволн.

На рис.2 (кривая I) представлены результаты восстановления высотного профиля коэффициента поглощения <*5СМ сантиметровых - 5 см) радиоволн в полярной атмосфере Венеры. По вертикальной оси справа отложены значения давления р. В интервале высот от 58 до 68 км наблюдаются повышенные значения ^сьэ, достигающего ло-

_о _т

¡сального максимума около 10 км на высотах 60+64 км. Сильное увеличение значений начинается с ь-52 км по мере уменьшения

высоты ь. Три кривые, обозначенные цифрой 2 на рис.2, представляют радиозатменные данные <*13снз о коэффициенте поглощения радиоволн диапазона ^-13 см, полученные в США с помощью спутника "Пио-яер-Венера". В области перекрытия данных значения «дсьэ (кривая I) заметно превышают соответствующие значения л13сю (кривые 2), что свидетельствует о более высокой чувствительности сантиметрового диапазона к эффектам поглощения по сравнению с диапазоном =13 см. Обнаружено, что отношение коэффициентов погло-дения «д^«,з, вычисленное по экспериментальным данным радиопросвечивания на высотах 47 и 48 км, соответствует характерной для паров серной кислоты зависимости поглощения от длины волны.

В разделе 4.3 приведены результаты определения содержания гсаров серной кислоты в средней атмосфере по данным о поглощении зантиметровых радиоволн. Полученные данные о содержании ларов согласуются с аналогичными результатами аппарата "Пионер-Зенера", что подтверждает достоверность полученных результатов.

В пятой главе представлены результаты определения высотных зависимостей плотности, давления, температуры в 42 районах полярной и приполярной атмосферы Венеры.

В разделе 5.1 описаны результаты исследования атмосферы в девяти районах северной полярной области. Даны графики и таблицы зависимостей температуры, высотных градиентов температуры, давления и плотности от высоты в интервале от 42 до 90 км. Определены профили статической стабильности атмосферы для полярных районов. Анализируются характерные параметры полярной атмосферы. Проводится сопоставление полученных результатов с данными радиозатменного эксперимента "Пионер-Венера", а также с данными о температурном режиме в северной полярной атмосфере, полученными другими методами. Отмечается, что зависимости температуры от высоты,' полученные в разных циклах измерений с интервалом в 5 лет, демонстрируют устойчивую форму профиля тсьэ с инверсией температуры и квазиизотермической областью выше уровня тропопаузы.

В разделе 5.2 рассматриваются результаты исследования атмосферы в южной полярной области. Приведены таблицы и графики высотных зависимостей атмосферных параметров. Типичные высотные профили температуры для этой области приведены на рис.3, где цифры около соответствующих кривых указывают номера сеансов измерений .

Температурные профили, полученные в сеансах измерений 43 и 47, характеризуют состояние атмосферы на ночной стороне планеты в районах с примерно одинаковой широтой <р = -88° и разницей в долготе около 20°. Существенных различий в зависимостях температуры от высоты в этих районах не наблюдается. Температурные профили 37 и 45 характеризуют состояние атмосферы на освещенной Солнцем стороне планеты. Разница температурного режима ночной (профили 43 и 47) и дневной (профили 37 и 45) сторон планеты незначительна и

1к>

т

го

70

60

50

\\ - \1

• \ | \ л n

Л"» Л' 01

\1

N

\

Щ47

* ' \ }

37 176! ( М

•V-

¿00 250 I , ■ 300 1 1 1 1 1 350 1 1 1 1 1 , , 1

200 250 1 , , 500 1 1 1 1 1 350 , 1 1

¿00 250 300

т,к

Рис.3. Высотные профили температуры в южной полярной области Г

ь?,к 20

/5 Ю 5 О -5

т

т

Т

в • •

1

• о

о о 00 ° о 0 о Л О _I_2-}_

50 55 60 65 70 75 8о/г,КМ

Рис.4. Контрасты температуры между северным, и южным полушариями в полярных (кривая I) и приполярных (кривая 2) районах

проявляется только на высотах более 70 км. Изменение температурного режима во времени иллюстрируют пробили, полученные в сеансах 39 и 176, первый из которых проведен 30 октября 1983 г., а второй - примерно 300 дней спустя.

Далее, в разделе 5.2 анализируются характерные параметры полярной атмосферы южного полушария и проводится сопоставление их с аналогичными параметрами, полученными в северной полярной атмосфере. Обсуждается тонкая структура высотных зависимостей температуры. Приведены табличные данные об усредненных высотных зависимостях плотности, давления и температуры, а также о характерных параметрах атмосферы в исследованных районах.

В разделах 5.3 и 5.4 представлены результаты определения параметров атмосферы соответственно в северной и южной приполярных областях Венеры. Даны таблицы и графики зависимостей плотности, давления и температуры от высоты над поверхностью планеты. Полученные результаты характеризуют состояние приполярной атмосферы в 16 районах северного и в II районах южного полушарий планеты. Проведено сравнение параметров атмосферы с данными, полученными другими методами и аппаратами.

В разделе 5.5 проведено исследование широтных зависимостей параметров атмосферы в полярных и приполярных районах Венеры. Определены широтные зависимости высоты тропопаузы htcP5, глубины инверсии температуры дтс*>э, температуры на уровне I бар TjC^o , температуры тропопаузы Ttcp3. Полученные результаты сравниваются с аналогичными данными американских исследователей. Показана устойчивость структуры полярной атмосферы за пятилетний период, разделяющий две серии измерений.

Рассматриваются контрасты температуры в полярной атмосфере северного и южного полушарий, а также в приполярных областях. На рис.4 темньми кружками показана разность температур северной и южной полярных областей, а светлыми кружками - разность температур северной и южной приполярных областей. Из рис.4 видно, что ниже 57 км температурные контрасты между северным и южным полушариями практически отсутствуют. На высотах более 57 км северная полярная область теплее южной полярной области в среднем на 135-15 К. Температурные контрасты между приполярными областями меньше и наблюдаются в сравнительно узком интервале высот от 63 до 70 км.

Обсуждаются причины различия температурных режимов в северном и южном полушариях планеты.

В заключении сформулированы следующие основные результаты:

1. Осуществлены исследования распространения радиоволн в полярной и приполярной атмосфере Венеры радиозатменньы методом с помощью спутников "Венера-15" и "Венера-16". Проведено 42 радио-затменных эксперимента в районах северного и южного полушарий планеты. В южном полушарии исследования охватывают районы с широтой от -89 до -60°, а в северном - от 64 до 89°. Атмосфера исследована в интервале высот от 42 до 90 км при зенитных углах Солнца равных 65 -118°.

2. Получены экспериментальные данные о редакционном ослаблении радиоволн при радиопросвечивании полярной и приполярной атмосферы Венеры. Обнаружено, что в полярной атмосфере редакционное ослабление увеличивается по мере погружения радиолуча вглубь атмосферы на высотах от 85 до 60 км. При минимальной высоте луча 80 км рефракционное ослабление радиоволн равно -0.6 дБ, при

ь - 65 км оно составляет около -5.6 дБ, а щ>и высоте луча 60 км достигает -12.3 дБ. Анализ показал, что изменения уровня дециметрового сигнала в интервале высот от 85 до 60 км обусловлены рефракцией радиоволн в изотермической полярной атмосфере. Экспериментальные зависимости рефракционного ослабления от высоты луча в полярной атмосфере характеризуются яркой особенностью в интервале высот от 57 до 60 км. Здесь наблюдается чередование глубоких минимумов и резких максимумов напряженности поля. Обнаружено, что эти сильные изменения уровня сигнала происходят в районе тропопаузы, на границе перехода от изотермической к адиабатической полярной атмосфере, где наблюдается резкое изменение градиента температуры Рефракционное ослабление монотонно увеличивается при погружении радиолуча вглубь атмосферы на высотах ниже 57 км. При минимальной высоте луча 55 км оно равно -10.3 дБ, при ь - 50 км - составляет -12.8 дБ, при высоте луча 46 км достигает -17.8 дБ. Показано,что полученные экспериментальные данные о рефракционном ослаблении радиоволн согласуются с результатами теоретического анализа.

3. Получены экспериментальные данные об изменении частоты и угла рефракции радиоволн при радиопросвечивании 15 полярных и 27 приполярных районов атмосферы Венеры. Определен усредненный по пятнадцати полярным районам профиль угла рефракции в интервале высот луча ь от 42 до 87 км. Так, при высоте луча 85 км угол рефракции равен (0.8±0.1)'10""^ рад., при ь , 65 км он составляет (36.5±0.5)-Ю""^рад., а при высоте луча 45 км угол рефракции равен (612±15)-Ю-^ рад. Обнаружено, что зависимости угла рефракции от минимальной высоты луча в полярной атмосфере северного и южного полушарий Венеры близки. Получены аналитические выражения для вы-

ютных профилей угла рефракции выше и ниже уровня тропопаузы, которые соответствуют экспериментальным данным на высотах от 43 до Ю км с точностью не хуже 8%.

4. Решение обратной задачи для данных об изменении угла реф->акции радиоволн при радиопросвечивании позволило определить пробили приведенного коэффициента преломления N в 15 полярных и 27 фиполярных районах атмосферы Венеры в интервале высот от 42 до 37 км. Получена усредненная по пятнадцати полярным районам зависи-гость приведенного коэффициента преломления. На высоте 85 км ¡начение приведенного коэффициента преломления N составляет

0.9±0.2)-Ю-6, на высоте 65 км - (42.0±0.2)-КГ6, а при ь ,45 км'

—А

значение N равно (735±8)-10 . Найдено, что усредненная зависи-гость исьэ на высотах от 87 до 59 км описывается экспоненциальной функцией со шкалой высот (5.2±0.05) км, что указывает на изотер-шчность полярной атмосферы Венеры на этих высотах. На высотах > < 59 км усредненная экспериментальная зависимость псы описы-1ается степенной функцией, что свидетельствует о постоянном верти-;альном градиенте температуры в полярной атмосфере на высотах от 12 до 59 км. Сравнение экспериментальных зависимостей исы в по-[ярной и приэкваториальной атмосфере показало, что значения м на |динаковых высотах в интервале от 42 до 52 км совпадают с точно-;тью до 3$. На больших высотах значения мсьз в приэкваториальной 1Тмосфере превышают соответствующие значения в полярной атмосфере, [ричем максимальное превышение от 30 до 60% наблюдается в интерва-[е высот от 64 до 84 км.

5. Показано, что радиоволны сантиметрового диапазона (*--5см) юпытывают значительное поглощение при радиопросвечивании поляр-

ной атмосферы Венеры. Получена усредненная по пяти полярным районам зависимость интегрального поглощения радиоволн от минимальной высоты луча ь. На высотах более 75 км поглощение радиоволн не наблюдается. Начиная с ь - 75 км, при уменьшении высоты, мощность сантиметрового сигнала падает из-за поглощения в атмосфере. Большое интегральное поглощение (до -2.4 дБ) радиоволн наблюдается на высоте 61 км. Дальнейшее понижение высоты приводит к уменьшению поглощения до -0.6 дБ на высоте около 55 км, а затем интегральное поглощение вновь возрастает до -5.8 дБ на высоте 47 км. Решение обратной задачи для данных об изменении интегрального поглощения при радиопросвечивании позволило определить высотный профиль коэффициента поглощения елк> сантиметровых радиоволн в полярной атмосфере. На высотах 60+64 км найденные значения «сьэ составляют -Я -Т

-10 км . Начиная с высоты ~52 км, коэффициент поглощения сильно возрастает по мере погружения вглубь атмосферы и равен « - 4.45- КГ^км-* на высоте 47 км. По даннш о коэффициенте поглощения определено относительное содержание паров серной кислоты в полярной атмосфере Венеры. Относительное содержание паров серной кислоты на высоте 47 км составляет (20±5) рр» и убывает до нуля почти линейно при увеличении высоты до 53 км. Полученные результаты согласуются с другими данными о содержании паров н23°4 в атмосфере Венеры.

6. Определены высотные зависимости давления р, плотности р, температуры т в девяти районах северной и в шести районах южной полярной атмосферы, ¡получены усредненные высотные пробили р, р, т как в северном, так и в южном полушариях. Найдены характерные параметры атмосферы для пятнадцати полярных районов. Показано, что

особенностью полярных областей является квазиизотермичность атмосферы выше уровня тропопаузы. Средняя температура квазиизотермической области в южной атмосфере равна ~232 К, что примерно на 13 К ниже, чем в северной. Ниже уровня тропопаузы соответствующие параметры р, р, т и градиенты температуры в обоих полушариях очень близки между собой. Среднее значение температуры на

уровне I бар в северном полушарии составляет 318 К, а высота, соответствующая давлению I бар - ^-50.4 км. Те же величины для южного полушария равны соответственно: -317 К и ^-50.5 км. Также незначительно отличаются высота ь300 и давление рэоо на уровне с температурой в 300 К. В северной полярной области рзоо" 752 мбар, ьэоо- 52.2 км; соответствующие параметры для южной области составляют р300- 771 мбар и ь300- 52.3 км. В области атмосферы, прилегающей к тропопаузе и выше, южная и северная полярные области демонстрируют заметные различия. Так высота тропопаузы в южной атмосфере равна \ - 59.2 км, что на 1.4 км выше, чем в северной. Температура т^ и давление на уровне тропопаузы в южном полушарии составляют 230 К и 233 мбар. Эти значения меньше на 15 К и 68 мбар соответствующих величин в северном полушарии.

7. Получены высотные зависимости давления р, плотности р, температуры т в шестнадцати районах северной и в одиннадцати районах южной приполярной атмосферы, найдены усредненные высотные профили р, р, т как в северном, так и в южном полушариях. Определены характерные параметры атмосферы для двадцати семи приполярных районов. Показано, что особенностью приполярных областей являются значительные инверсии температуры, наблюдающиеся выше уровня

тропопаузы. Средние значения инверсий температуры в северном и кик ном полушариях примерно одинаковы и составляют ~19 К, а их макси мальные значения достигают 35 К. Найдено, что атмосферные параметры ниже уровня тропопаузы в северной и южной приполярных областях близки между собой. Так среднее значение температуры Т1 на уровне I бар в северном полушарии составляет (327±7) К, а высота, соответствующая давлению I бар - - (50.6±0.1) км. Те же величины для южного полушария равны соответственно: Tj_ (332±II) К и hj- (50.7±0.2)км. Незначительно отличаются высота ь300 и давление рзоо на Уровне с температурой в 300 К. В северной приполярной области р300 = (642±76) мбар, h300 = (53.8±0.8)км; соответствующие параметры для южной области составляют р30о " ^12 ± 99) К и ьзоо= <53.9±1.3)км.

8. На основе результатов радиозатменных измерений в 42 полярных и приполярных районах Венеры -проведен анализ широтных зависимостей высоты тропопаузы - ht, глубины инверсий температуры - лт, температуры на уровне I бар - т1, температуры тропопаузы - Tt. Показано, что переход от приполярных к полярным районам в северном полушарии характеризуется понижением высоты тропопаузы на 5 км, увеличением температуры тропопаузы на 12 К и понижением давления тропопаузы на 170 мбар. В южном полушарии, соответствующие величины изменяются на 3.1 км, II К и 86 мбар, соответственно. Сравнение полученных результатов с результатами других радиозатменных экспериментов показало, что полярная атмосфера является стабильной на протяжении 5 лет.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях: xiv Всесоюзная конференция по

аспространению радиоволн (Ленинград, 1984), xv Всесоюзная конфе-енция по распространению радиоволн (Алма-Ата, 1987), хх Всесоюз-:ая конференция по радиофизическим исследованиям Солнечной систе-ы (Симферополь, 1988), xxvn симпозиум КОСПАР (Финляндия, 1988), также опубликованы в следующих работах."

. Яковлев О.И., Губенко В.Н., Матюгов С.С., Яковлева Г.Д., Ваганов И.Р. Атмосфера Венеры в южной приполярной области. - Космические исследования, 1987, т.25, № 2, с.258-266. . Яковлев 0.И.,Губенко В.Н.,Матюгов С.С..Яковлева Г.Д. Атмосфера Венеры в южной полярной области по данным радиопросвечивания.

- Космические исследования, 1987, т.25, № 2, с.267-274.

. Яковлев О.И., Матюгов С.С., Ефимов А.И., Губенко В.Н., Куче-рявенков А.И., Вышлов A.C., Яковлева Г.Д. Атмосфера Венеры в северной полярной области по данным радиопросвечивания с помощью спутников "Венера-15" и "Венера-16". - Космические исследования, 1987, т.25, № 2, с.275-284. ,. Матюгов С.С., Губенко В.Н., Яковлев О.И., Яковлева Г.Д., Ваганов И.Р. Атмосфера Венеры в северной приполярной области.

- Космические исследования, 1988, т.26, № 4, с.584-590.

|. Яковлев О.И., Матюгов С.С., Губенко В.Н. Итоги исследования температурного режима полярной и приполярной атмосферы Венеры методом радиопросвечивания. - Космические исследования, 1988, т.26, № 5, с.762-769. . Губенко В.Н., Яковлев О.И., Матюгов С.С., Кучерявенков А.И., Ваганов И.Р. Ослабление радиоволн и содержание паров серной кислоты в атмосфере Венеры. -Радиотехника и электроника,1989, т.34, № II,-с.2278-2285. . Матюгов С.С., Яковлев 0.И., Губенко В.Н. Серная кислота в атмосфере Венеры по данным радиопросвечивания. - Космические исследования, 1990, т.28, № 2, с.277-281. i. Яковлев О.И., Губенко В.Н., Матюгов С.С. Рефракция при радиопросвечивании полярной атмосферы Венеры. - Радиотехника и электроника, 1990, т.35, № I, с.21-29.

9. Yakovlev 0.1., Matyugov S.S. and V.N.Bubenko. Venera-15 and

-16 middle atmosphere profiles from radio occultationsi polar and near—polar atmosphere of Venus. Icarus, 1991, v.94, p.493- 510.

10. Яковлев О.И., Филоненко В.А., Азарх С.JI., Ефимов А.И., Матюгов С.С., Молотов Е.П., Анцибор Н.М., Вышлов A.C., Кучерявен-ков А.И., Солнцев Е.Б., Штрыков В.К., Якубов В.П., РазманоЕ В.М., Корсак О.М., Губенко В.Н., Симакова H.A., Калашников И.Э., Рубцов С.Н., Швачкин K.M., Бадер В.А. Предварительные результаты радиопросвечивания атмосферы Венеры с помощь* спутников "Венера-15 и 16". - В кн.: xiv Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов. Ленинград, 1984, с.198-199.

11. Губенко В.Н., Матюгов С.С., Яковлева Г.Д., Яковлев О.И. Итога радиопросвечивания атмосферы Венеры по данным сигналов спутников "Венера-15 и -16". - В кн.: xv Всесоюзная конференцш по распространению радиоволн. Тезисы докладов. Алма-Ата, 1987, с.161.

12. Губенко В.Н., Матюгов С.С., Яковлев О.И. Профили средней атмосферы Венеры по радиозатменным данным спутников "Венера-К и -16". Полярная и приполярная атмосферы. В кн.: хх Всесоюзная конференция по радиофизическим исследованиям Солнечно( системы. Тезисы докладов. Симферополь, 1988, с.130.

13. Yakovlev D.I., Matyugov S.S., Gubenko V.N. Venera-15 and Ii middle atmosphere profiles from radio occultations» polar anc near—polar atmosphere of Venus. - In! 27 Plenary Meeting o-f the Committee on Space Research (COSPPR). Abstracts of papers Finland, 1988, p.242.

Подписано в печать 04.05.1995 г.

Формат 60x84/16. Объем 1,39 усл.п.л. Тираж 100 экз.

Ротапринт ИРЭ РАН. Зак.41