Поля излучения в неоднородных планетных атмосферах тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ГЛАВНАЯ АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ

На правах рукописи

ЯНОВИЦШ Эдгард Григорьевич

ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В НЕОДНОРОДНЫХ ПЛАНЕТНЫХ АТМОСФЕРАХ (01.03.02 - астрофизика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученП степени доктора физико-математических наук

Ленинград - 1980

Работа выполнена в Главной астрономической обсерватории Академии наук Украинской ССР.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук Н.А.Козырев,

доктор физико-математических наук, профессор И.Н.Минин,

.доктор физико-математических наук, профессор В.И.Мороз

Ведущее учреждение: Ордена Ленина Еюраканская астрофизическая обсерватория АН Арм.ССР

Защита диссорт&ции СОСТОИТСЯ и _Л> VI 1981 г.

в ^ часов на открытом заседании Специализированного совета (Д 002.92.01) по защите докторских диссертаций при Главной астрономической обсерватории АН СССР в Большом конференц-зале (196140, Пулково, ГАО АН СССР).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАО АН СССР.

Автореферат р&зосл&н ии 20 " 7Г 198 / г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических наук

Ю.И.Витинский

ОБЩАЯ, ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Теория переноса является одним из важных разделов .современной физики. Существенную роль она играет в астрофизике,поскольку перенос излучения по еношннх слоях большинства коешмзских объектов определяет характер их спектров, по которым судпт о существующих там физических условиях.Очень разнообразны применения теории переноса в других разделах физики (теория диффузии нейтронов, перенос рентгеновского и гамма-излучения через вещество, процессы сложного теплообмена и др.).Значительное место занимает она также в геофизике при изучении рассеяния света в атмосфере п океане.

Эта комплексность задач теории_ переноса определяет актуальность решения любой из них,поскольку позволяет применить полученные результаты сразу во многих областях.

В последние годы значительно возросли объем и качество наблюдений планет. Этому способствовали, в первую очередь, успехи космонавтики, а также вступление в строй нопых мощных телескопов и активное использование достижений радиоэлектроники. Получаемый наблюдательный материал требует для сиоей интерпретации развития теории и,прежде всего,теории переноса лучистой энергии, что в конечном счете позволяет решить одну из важных задач физики атмосфер - задачу построения их оптических моделей.

Несмотря на значительные успехи теории переноса, имеются области, в которых работа, по существу, только начинается,или да в которых заметный успех был достигнут лишь в самое последнее время благодаря новому подходу к рассматриваемой проблема. К первым относится проблема переноса излучения в плоских неоднород-

них средах! которая описывает физически более реальную модель атмосферы, чем стандартно рассматриваемая однородная модель. Ко вторкм же принадлежит проблема расчета внутренних полей излучения в однородных атмосферах, которая приобрела л веяное практическое значение, в частности, и в астрофизике после проведения оптического зондирования атмосферы Венеры спускаемыми.космическими аппаратами. Решение указанных выше проблем и приложение полученных результатов к построению оптических моделей атмосфер планет составляет основное содержание диссертации.

Цель работы состоит: В разработке теории рассеяния сввта в неоднородных планетных атмосферах, а также тех разделов теории • переноса в однородных атмосферах, которые помогают выработать эффективные методы численного расчета полей излучения; в применении этих методов для построения оптических моделей атмосферы Венеры и внешних слоев атмосфер Юпитера и Сатурна.

Научная новизна. В диссертации:

I. Развито новое направление теории переноса в плоско-параллельных средах - теория рассеяния монохроматического излучения в анизотропно рассеивающих неоднородных атмосферах при довольно общих предположениях о характере зависимости их оптических свойств от глубины. При этом: а) осуществлено разделение угловых переменных в задаче об определении коэффициентов отражения и пропускания света плоским слоем; б) сформулирован общий принцип инвариантности для неоднородных атмосфер и установлено~сущё-ствование ряда квадратичных по интенсивности интегралов уравнения переноса;в)проведено асимптотическое разделение угловых переменных в задаче о нахождении поля излучения в оптически толстых слоях.

2. Исследованы поля излучения в плоских однородных атмосфз-рах пр!* неизотропном рассеянии. При этом: а) изучены соотношения инвариантности для атмосфер конечной оптической толщины и получен ряд интегральных соотношений для интенсивности излучения в слое; б) дано полное решение проблемы Чандрасекара о связи обычного уравнения переноса с порождаемым им пссвдоуравнонием переноса; в) разработан и реализован на ЭВМ новый эффективный иетод расчета коэффициента отражения от полубесконечной атмосферы и безытерационный метод расчета поля излучения в слое конечной оптической толщины.

3. Построены оптические модели атмосферы Венеры и внешних слоев атмосфер Юпитера и Сатурна.

Перечисленные визе основные результаты и выносятся на заЦИ-

ТЕ.

Практическая ценность работы.

а) Полученные результаты могут найти широкое применение в самых: различных областях физики,где используемся теория переноса. Это не только чисто астрофизические задачи, связанные с изучением рассеяния света в планетных и звездных атмосферах, газОБО-пылевых туманностях, но ч ряд задач физики нейтронов, геофизики, теплофизики и др.

б) Полученные данные об оптических свойствах атмосфор Венеры, Юпитера и Сатурна могут быть использованы при количественном анализе спектроскопически наблюдений этих планет, изучении теплового режима и динаглки их атмосфер,а также для расчетов спектральных значений интенсивности отраженного излучения .необходимых -при проектировании навигационной и научной аппаратуры АМС, когда требуются априорные данные о распределении яркости по диска« планет и их блеске.

ъ) Некоторый результаты, полученные в диссертации, ужа нашли • применение в целом ряде работ других авторов по теории переноса излучения и физике планетных атмосфер. Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались на Всесоюзной конференции по теории переноса излучения (Москва, 1962 г.), на Пленумах планетной комиссии Астросовета АН СССР (Харьков, 1960 г., Горький, 1970 г.), на Всесоюзном симпозиуме по физике звезд, туманностей и галактик, посвященном 60-летию академика В.А.Амбарцумяна (Бюракан, 1968 г.), на Всесоюзном совещании по физике Луны и планет (Киев, 1972 г.), на совещаниях Рабочей группы по исследованию планет-гигантов (Алма-Ата, 1973 г., 1975 г.), на Международном симпозиуме по фотополяриыетрическим исследованиям планет, звезд и туманностей (Тусан, США, 1972 г.), на Всесоюзной летней школе по распространению оптического излучения в средах (Сочи,1973г.), на совещании Рабочих групп по исследованию планет (Киев, 1977г.), на Всесоюзной школе по оптике рассеивающих сред (Минск,1980г.), на семинаре по теоретической астрофизике (Потсдам, ГДР,1980г.), на 23 сессии КОСПАР (Будапешт, 1980 г.), а также неоднократно на семинарах Лаборатории теоретической астрофизики Астрономической обсерватории ЛГУ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы (265 няименований), приложения и содержит 296 страниц машинописного текста, 25 рисунков, 50 таблиц. Общий объем диссертации 394 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении после краткого исторического очерка развития теории переноса сформулированы основные задачи, изложено содержание и основные положения работы, которые выносятся на защиту.

Первая глава «Рассеяние света в неоднородной атмосфере" (551-8) посвящена последовательному изучению следующей проблемы. Задана плоская атмосфера оптической толщины Т0 , освещенная параллельными лучами, падающими на границу под углом си^С. соз^» к внешней нормали при азимуте ^о . Оптические свойства среды характеризуются альбедо частиц ХСЧ) и индикатрисой рассеяния % (№) ( X - угол рассеяния), которые считаются в общем случае произвольными заданными функциями оптической глубины Т Требуется рассчитать интенсивность излучения 1 ^) в

слое (или же функцию источника В С^^) • т.е. найти поле излучения в среде. Здесь ^— косинус угла между направлением распространения излучения в азимуте и положительным направлением оси оптических глубин т . Считается, что как индикатриса рассеяния, так и интенсивность излучения может быть разложена в ряд по азимуту, т.е.

Z" т т

Сформулированная выше осношая проблема для краткости названа задачей о ди^уоном отраде г; л. Крема неэ рассматривается также задача Милна ~ нахождение интенсивности излучения I ) в г.олубескошэ'шой (То^00 ) неоднородной атмосфере с еточникаци на бесконечности. При этом необходимо предположить, что функции

Х(С) таковы, что существует нетривиальное ограни-

ченное решение задачи Милна, в чем состоит основное ограничение, накладываемое на поведение этих функций.

§1 носит.вводный характер. Вначале записываются уравнения переноса для задачи о диффузном отражении и задачи Милна, а также даны определения коэффициента отражения р^/И, —

тгп" \ -1 гт ' -I

(О, и пропускания (ХГо^^,)света

атмосферой и других вспомогательных величин. Получены соотношения обратимости -^(/е^) . <о 7/^/4) ~ '

» гдв волна сверху означает, что соответствующая величина относится к неоднородному слою, освещенному параллельными лучами снизу. Рассматривается рассеяние света элементарным объемом. Выводится формула, определяющая шкалу оптических глубин в чисто газовой планетной атмосфере, т.е. зависимость оптической глубины от геометрической. Эта формула оказывается полезной в ряде приложений теории переноса излучения к исследованию планетных атмосфер (гл.Ш). Наконец, рассмотрено рассеянна света системой сферических частиц (задача Ни). Подробно обсуждается«выбор функции распределения частиц по размерам.

Делается вывод, что лучше всего описывать функцию распределения частиц по размерам нормально-логарифмическим законом

где '¿о - среднее геометрическое радиусов частиц, <5"а - их дисперсия. Приведены некоторые результаты выполненных нами расчетов для задачи Ми.

Известно, что для ряда приложений теории переноса большой интерес представляют интенсивности излучения, выходящего из плоской неоднородной атмосферы. Их определению посвящен §2, в

котором проведено строгое разделение угловых переменных для коэффициентов отражения и пропускания света плоек:« слоем.Эти функции,зависящие от двух угловых переменных,выражаются через обоб-п^кпыэ и '''/¡с функции Амбзрщгмяна (для неоднородного слоя появляются также функции '--Р^ и у' ^ ). Задача решена двумя различными способами: а) методом дифференцирования по рптической толщине слоя (52.1); б) методом «усечения" атиос$>еры, т.о. мысленного отбрасывания у нее сверху слоя оптической толщины сС (параметр усечения) (§2.2). Это привело к различным типам окончательных уравнений для определения величин ^р и 6" .

§3 посвящен получению ряда уравнений,определяющих поле получения в неоднородной атмосфере конечной оптической толщины. Вначале найдено интогро-диффорэнциальное уравнение.определяющее для кэвдой фиксированной оптической глубшш любуй азимутальную гармонику интенсивности излучения через соответствующую гармонику коэффициента отражения (§3.1). Далее формулируется следующий общий принцип инвариантности (ОПИ) для неоднородной плоской атмосферы. Пусть тлеется произвольная плоская неоднородная атмосфера А (бесконечная, голубесконечная или конечная) с произвольно распределенными внутренними источниками, мощность которых, так же кьк и оптические свойства среды, зависит только от" одной пространственной координаты •С . Вьщелим внутри нее два уровня и 'Пи рассмотрим атмосферу В, лежащую между ними. Тогда интенсиьнопть диффузного излучения (или функция источника) в А для любого '¡'1.(есть одновременно имтенсип.чост: излучения (или функция НСФи'МЦпл ) ¿1 пмг у г, границы яот^.рой ОСЯвЩННи КНТЫй'ЛМ'ОСТе» 110-.КОГО 11. <1, <фйЫ»)1(0 + ДИ ЭДуЗНО; о) калу '(►шия, ид^цпго и Л,

Хотя физические соображения, лежавшие в основе сформулированного 0Ш1, тривиальны и неоднократно использовались для решения различных задач теории переноса в однородных атмосферах, данная' выше формулировка, распространяющая действие принципа инвариантности на неоднородные атмосферы, ранее, по-видимому, не приводилась.

Далее (§3.3), используя ОНИ, записываются некоторые соотношения инвариантности для плоского неоднородного слоя конечной оптической толщины и рассматривается их следствия. Одним из них является новая форма уравнения переноса для неоднородного слоя, которая отличается тем важным свойством, что позволяет независимо находить интенсивность излучения в атмосфере для нисходящего и восходящего направлений. Дан краткий обзор (§3.4) численных методов определения поля излучения в неоднородном плоском слое.

В §4-рассматривается плоский сдой неоднородной атмосферы, ' прилегающий к отражающей свет поверхности с заданным законом отражения. Показало, что поле излучения в атмосфере можно легко найти, если известно поле излучения в слое без отражающей поверхности (§4.1). Особенно просто обстоит дело, когда атмосфера прилегает к изотропно отражающей поверхности с-заданным альбедо А (§4.2). В этом случае найдены простые формулы, определяющие освещенность поверхности и альбедо атмосферы (§4.3).

§§5-7 посвящены последовательному изучению асимптотического разделения угловых переменных при прохождении излучения череа оптически толстые слои атмосферы. Вначале изучается рассеяние света е бесконечной неоднородной атмосфере с источниками на минус бесконечности (§5.1). Среда считается симметрично продолженной на отрицательные глубины, т.е. X (¡¡¡'Ч) ~($■>'*') и ^ (с) = Л '£) , причем эти функции считаются таковыми, что для

(4)

каждого из полупространств существует нетривиальное ограниченное решение задачи Милна. Интенсивность излучения в такой атмосфере

1о.м=|о)

с

где функции ^(£) определяются системой линейных дифференциальных уравнений первого порядка. вТ^ -приближении ,

где функция находится из уравнения

.^[т^-Н1-'^-®

при граничном условии = . Второе граничное условие ус-

танавливается в зависимости от вида функцийи%О^^") • -Показано (§5.3), что в глубоких слоях полубесконечной атмосферы (С » 1 ) интенсивность излучения определяется следущей аст.1-птотической формулой

!**(?>№•) = ^(б)

где (Моб[0,Ф .Получено

уравнение, связываищее функц1 юЦ(М,оО (^-(/О ~ ^(/^У) с коэффициентом отражения от полубесконечной атмосферы. Показано, что вН - приближении функция непосредственно выража-

ется через функцию •

Вводится важное для дг.^пойтего понятие «обращенной" пслубес-конечной атмосферы, которая конструируется следующим образом. От полубесконачной неоднородной атмосферы отделяется слой оптической толщины Т/0 (параметр обращения), переворачивается и .накла-

дывается на исходную атмосферу. Для такой атмосферы вместо (6) имеем

/оЬ • ^ (7)

где волна означает, что соответствующая функция относится к обращенной полубесконечной атмосфере.

В §6 рассмотрен практически важный случай, когда в полубесконечной атмосфере, или по крайней мере в достаточно толстом поверхностном слое, выполняется условие[¿-ЛСР)]«! • В таком случае коэффициент отражения непосредственно выражается через коэффициент отражения цри консервативном рассеянии 1 )

0 помощью следующей асимптотической формулы

где ^

= ^ [^ + 2(9)

Аналогичные выражения получены, такие для альбедо атмосферы и функции И . Рассмотрен частный случай изотропно рассеивающей атмосферы, в которой = £• при т.« I .

57 посвящен изучению асимптотического разделения угловых переменных при рассеянии света в неоднородном слое большой оптической толщины. Вначале с помощью ОШ получен ряд соотношений, связывающих интенсивность излучения в задаче Милна и в задаче о

диффузном отражении. Одно, из них имеет вид

' 1

о

где +i

И = 2 ^I-Kj*) L (I1)

является величиной, не зависящей от "С . Здесь б О) - единичная функция скачка. Получены асимптотики (tr ^í) для интенсивности в задаче Иилна. Например, для глубоких слоев обращенной

i

атмосферы

мТ^-Г-У -ju) -A4o I ^ (В)

где i

Ñ^.zS^WlJ&rjVjLdj*.. - «з>

о

Далее (57.2) найдены асимптотические формулы для нулевой гармоники интенсивности излучения в оптически толстом слое (to ^ 1) вьфажавщие эту величину через интенсивность излучения в полу-бескоиечной среде и loo J1^ . В частности, вдали от обеих границ слоя (t L ; >> { )

= -J4) u. (jUe) jU0, (I4)

где

t(r0) = M/(t-yV/V4 (I5) i

A/^uq^LCq-ju)^^'. de)

o

Для границ атмосферы .o- s,

(17)

'(f, Се) = LiCjJ-v) t (ig)

Затем рассматривается почти консервативно рассеивающие атмосферы (§7.3) и атмосферы при чистом рассеянии (§7.4), В последнем случае имеют место следующие простые формулы

ш=4 М

(19)

(20)

т.-г

где ¿

Я,

' (ад

■ Столь *е просто выглядят формулы и в случае консервативно рассеивающей атмосферы, расположенной над изотропно отражающей поверхностью (§7.5).

В -заключительном §8 главы на основании ОГШ записываются соотношения инвариантности для двух задач - задачи о диффузном отражении и задачи Шиша (§8.1) и подробно изучаются их следствия. Получены основные уравнения, определяющие поле излучения в этих задачах (§8.2).'« Найдены аналоги соотношений инвариантности для неоднородной атмосферы в форме Амбарцуыянаи Чандрасекара, а такие интегральных соотношений В.В.Иванова (§8.3). Наконец, в §8.4 устанавливается, что для трех форм уравнения переноса, которым удовлетворяют соответственно функции I ^

I(Х ^^о ) °0 (здесь оС - параметр усечения, т.е. оптическая толщина слоя, отбрасываемая у полубесконечной атмосферы сверху), существуют квадратичные по интенсивности интегралы,большинство из которых инварианты относительно оптической глубины. Один из них даотся формулой (II). Обозначим I об)

Л г^/ \

з- Л / «#_ и\ Р ч - полную интенсивность

+ г г-)е 0

о

излучения в атмосфере. Тогда имеет место интеграл

5 -А/Ь- = 0. (22)

Соотношения (II) и (22) представляют собой примеры „чистых" интегралов, которые квадратично связывают интенсивности излучения для одной и той ле задачи. Приведем также пример всмеяашого" интеграла, объединяющего интенсивности для разных задач:

= '• ' (гз)

-I

Всего получено восемь интегралов, которые, в частности, могут играть важное значений при оценке линтегральной" точности численного решения той или иной задачи.

Вторая глава диссертации „Поло излучения в однородной атмосфере", в основном, посвящена развитию тех разделов этой классической проблемы, которые дают эффективные методы численного расчета. В §9.1 на основании ОПИ записываются соотношения инвариантности для однородного слоя конечной оптической толщины для двух задач -задачи о диффузном отражении и задачи Милна (имеется в виду плоский слой, «погруженный" в полубесконечную атмосферу с источниками на бесконечности). Рассмотрены некоторые следствия (§9.2). Затем получен ряд интегралов уравнения переноса в слое конечной оптической толщины (§9.3). Изучен случай полубесконвчной атмосферы (§9.4). В частности, оказалось, что любая азимутальная гармоника интенсивности излучения в слое оптической толщины 2.Т0 выражается через соответствующие гармоники интенсивности излучения в середине слоя и в слое оптической толщины -С0 . Именно, для

л * .

о. т -

+ ri^ßv 2С°) е-^вы +

+ г51>о-г /о;

о

В §10 дается полное решение проблемы Чандр&секара о связи обычного уравнения переноса излучения в плоском слое с порождаемым им псевдоуравнением переноса, которое является значительно более простым. Оказывается, что любая азимутальная гармоника интенсивности излучения J (rt'fL>JJ° j » зависящая от двух угловых переменных, может быть непосредственно выражена через введенную В.В.Соболевым приведенную функцию источника эапнснщую только от одной угловой'переменной.*При этом для вычисления! (^ßjHoj^o) не требуется проводить какого-либо интегри-

TV71/ \

рования по С : достаточно знать функцию \J (С, j«; Со) на дискретных глубинах , ^-Т и границах слоя. Иными словами, осуществлено обобщение на произвольную оптическую глубину известного результата В.А.Амбарцуыяна, который провел разделение угловых переменных для интенсивности излучения на границах слоя.

В §11 рассматривается трудный для численного расчета обычными методами случай оптически толстой атмосферы при почти консервативном рассеянии. Оказываётся, что для полубесконечной атмосферы нулевая азимутальная гармоника интенсивности I (tr ji£ jUoJ при f{-A)<< { непосредственно выражается через ту же величину при консервативном рассеянии. Именно,

- e, .;

где К г~ - X ij . Эта формула справедлива на всех оптиче-

ских глубинах. Получена также соответствующая асимптотическая формула для слоя большой оптической толщины. В частности, в этом случае для проекция вектора потока на вертикальную ось имеет место следующее простое выражение

Fasfcj»°iÇ>; _ к ch к(а-тг)п

Тя - з=х; . s km- u-o(fa)foj (27)

где Ci = '£> • Сделано соответствующее обобщение

на случай, если атмосфера прилегает к изотропно отражающей поверхности. Отдельно рассмотрен вопрос о разложении "сферического альбедо полубесконечной атмосферы в ряд по степеням Найдены простые явные выражения для первых четырех коэффициентов этого ряда (§11.2). Кроме того, рассмотрено разложение в рад по 2 функции Амбарпуияна ^[j-1) при изотропном рассеянии.

Далее описываются методы и приводятся результаты расчета поля излучения в плоской атмосфере (§12). Описана методика решения характеристического уравнения (§12.1). Пред-^латается эффективный метод расчета коэффициента отражения от полубесконечной атмосферы (§12.2). Приведены примеры конкретных расчетов. Зная коэффициент отражения и .воспользовавшись формулой удвоения, легко рассчитать поле излучения в полубесконечной атмосфере (§12.3), а также в атмосфере, состоящей из многих слоев большой оптической толщины. В частности, в §12.4 рассмотрена двухслойная атмосфера над отражающей поверхностью. Оказалось, что если оба слоя являются почти чисто рассеивающими, то относительное изменение интенсивности излучения в нижнем слое не зависит от оптических свойств верхнего. Этот практически важный вывод о и разделении параметром'' сохраняется в том случае, если атмосфера многослойная. Наконец, в §12.5 обсуздпмтЛ vi.j'toTorue методы -расчета паля нзчучегшд в

слое конечной оптической толщины. В частности, использование формул (24; и (25) в общей схеме метода удвоения слоев вал де Хюл-ста позволяет безытерационно рассчитывать поле излучения в плоском слое произвольной оптической толщины. В заключение §12 дана схема комплекса программ для расчета поля излучения в плоских анизотропно рассеивающих атмосферах, созданная в ГАО АН УССР под руководством и при участии автора (см. рис. ).

Заключительная третья глава диссертации посвящена построению оптических моделей атмосферы Венеры и верхних слоев атмосфер Юпитера и Сатурна. Основная цель этой главы - дать конкретные примеры практического применения результатов строгой теории рассеяния света для изучения физики планетных атмосфер. Следует также иметь в ввду, что построение оптических моделей планетных атмосфер, т.е. Определение оптических свойств их аэрозольной и газовой компоненты, является одной из важнейших задач физики планет.

По данным спектральных поляризационных наблюдений всего.диска Венеры при малых углах Фазы в приближении однократного рассеяния получены параметры верхних' слоев облачного покрова планеты (действительная часть коэффициента преломления облачных частиц П = 1.435 ¿ 0.015; среднее геометрическое их радиусов =

0.74 - 0.12 мкм и дисперсия 6"~= 0.12 - 0.05 этих радиусов). Использовалась функция распределения частиц по размерам, даваемая формулой (2). Констатируется хорошее согласие этих величин с аналогичны.»! результатами, найденными путем строгого решения задачи о переносе поляризованного излучения (§13.1). В диапазоне длин волн 0.315 4- I.C6 i::ai дана оценка альбедо облачных^частиц (§13.2). Сравнение да-шых измоесннй распределения яркости по диску Венеры, получениях КА ..Марннер-Ю" для длин волн 0.36 , 0.46 и 0.58 мкм, с результатами строгих расчетов для найденных параметров атмосферы показело xopesee согласие.

- 17 -

КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ГАО АН УССР

задача ми для полидисперсных систем

Решение характеристического уравнения_

ПОЛУБЕСКОНЕЧНАЯ АТМОСФЕРА

Коэффициент отражения

1

Интенсивность излучения

ОПТИЧЕСКИ ТОЛСТАЯ АТМОСФЕРА

Коэффициенты отражения , пропускания и интенсивность излучения

Те же величины для двухслойной атмосферы над отражающей поверхностью

АТМОСФЕРА КОНЕЧНОЙ

ОПТИЧЕСКО й ТОЛЩИНЫ

Коэффициент отражения и пропускания Интенсивность излучения

о

ш '

В рамках двухслойной модели строения атмосферы Венеры по данным оптических измерений, проведенных AMC иВенера-Ю", дала-ется оценка оптических параметров атмосферы (§13.3). Установлено, что в диапазоне длин волн 0.52 + 0.85 шш рассеяние света в нижнем слое является практически чисто рэлеевскиы. Оптическая толщина верхнего облачного слоя оказалась равной примерно 50. Сравнение данных оптических измерений AMC с результатами наших строгих расчетов показало хорошее согласие. Оценена высота верхней границы облачного слоя над поверхностью планеты ( ^ 70 км).

Данные спектральных поляризационных наблюдений Юпитера и Сатурна (§14) привлечены для приближенной оценки параметров верхних слоев их атмосфер-(для Юпитера найдено КЪ в 1.36 ¿ O.OIj

/ О

0.19 ¿ 0.05 ыкм, 6%= 0.3 i 0.1; для Сатурна - П, «.I.33+ 1.44; Чч,ш- I ± 0.2 мкм; 6"~0.1). Значение П. =1.36 ± ОЛЯ соответствует показателю преломления жвдкого аммиака при *Т = 200 i 2Q°K, a Y\,1.42 - замерзшего аммиака. Даны оценки альбедо частиц и констатируется хорошее согласие наблюдаемых распределений яркости по дискам этих планет с результатами строгих расчетов (§14.2, 14.4).

Рассматривается двухслойная модель строения атмосферы Юпитера: над полубесконечкш газово-аэрозольным однородным слоем (облака) лежит оптически тонкая газовая атмосфера. Оценивается атмосферное .давление на границе облачного слоя (0.3 ¿0.1 ати). Используя наблюдаемый ход по диску планеты центральной интенсивности полос поглощения метана и аммиака, найдено обилие метана (30 i 5 ы-атм) и аммиака ( ~ I м-атм) в надоблачном слое, относительная объемная концентрация этих газов((3.6 - 1.8)'Ю™3 и + ^ —4

(I -Q.íjJ'IO соответственно), а также-некоторые другие параметры (§14.3). Использование получанных значений параметров и имей-

щегося комплекса программ позволяет легко рассчитать в довольно широком спектр'Ш! « интервале поле излучения в атмосфере Венеры, а также интенсивность выходящего излучения из атмосфер Юпитера и Сатурна при любых условиях освещения и наблюдения, что весьма важно для рдца прикладных задач.

Предложен новый метод оценки интегрального сферического альбедо Лщвнешних планет, окрукешак однородной полубесконечной атмосферой, по данным наблюдений коэффициента отражения центра диска или же геометрического альбедо (§14.5). Применение этого метода к атмосфере Сатурна дало Ain." 0-50 - 0.03, что приводит к эффективной температуре Те «= 76 i 1°К. Дня Урана найдено = 0.37 ± 0.05; Те= 57 £ 1°К.

В «Заключении" перечислены основные результаты, полученные в диссертации и вкратце обсуждены перспективы дальнейших исследований.

В «Приложении" к работе приведены таблицы с результатами некоторых расчетов.

Основной материал диссертации опубликован в следующих работах:

1. Яновицкий Э.Г. Диффузное отражение и пропускание света плоским слоем неоднородной среды при анизотропном рассеянии. -Лстрон.ж., 1961, т.38, №5, с.912-919.

2. Яновицкий Э.Г. Диффузное отражение и пропускание света неоднородной атмосферой, ограниченной отражающей поверхностью. - Изв. АН СССР, серия геофизич., 1963, № 7, с.1140-1146.

3. Яновицкий Э.Г. О диффузии излучения в плоском слоо при изотропном рассеянии. - Астрон.ж., 1964, »5, с.098-906.

4. Яновицкий Э.Г. Об аэрозольной составляющей атмосферы Марса. -В сб.: Вопроси астрофизики (исслед. атмосфер Венеры и Марса). К.; Нэукова ду.'ка, 1965, с.82-90. .

5. Яновицкий Э.Г. К задаче о диффузном отражении монохроматического излучения. - В сб.: Астрометрия и астрофизика, вып.1, К.: Изд. Наукова думка, 1968, с.165-177. Разложение функции Амбарцумяна". - В кн.: Звезды, туманности, галактики. Ереван; ' Изд. АН Арм.ССР, 1969, с.21-26.

6. Рубашевский А.А., Яновицкий Э.Г. Расчет фазовой зависимости интегральной яркости планет. - К.: Наукова думка, 1969. - 101с

7. Яновицкий Э.Г. Неоднородная полубесконечная атмосфера при 'чистом рассеянии. - Докл. АН СССР, 1969, т.189, » I, с.74-76.

8. Яновицкий Э.Г. Анизотропное рассеяние света в неоднородной атмосфере. Случай чистого рассеяния. - Астрон.ж., 1971, т.48, » 2, с.323-332.

9. Яновицкий Э.Г., Думанский 3.0. Таблицы по рассеянию света

полидисперсной системой сферических частиц. - К. Наукова думка,

1972. - 124с.

10. Яновицкий Э.Г. Альбедо и освещенность поверхности планеты, обладающей неоднородной'чисто рассеивающей атмосферой. - Физ.

. атмосф. и океана, 1972, т.8, * 5, с.518-525.

11. Яновицкий Э.Г. Сферическое альбедо планетной атмосферы. -• Астрон.ж., 1972, т.49, №5, с.844-849.

12. Ыороженко А.В., Яновицкий Э.Г.The optical properties of Venus and thé Jovian planets.I. The atmosphere of Jupiter according to polarimetric observations.- Ioarua, 1972>i v.18, N4, p.582-592.

13. Длугач Ж.Ы., Яновицкий ЭЛ'.Тао c.pbleiù of Venua

and the Jovian plaïietn II. Metod and results of calculations of the intensity of radiation diffusely deflected iron .зешх-inftnitb Kt.inoge«ieous etmtfbphere.- Iuarus, v, 22, N1,

p.66-84.

14. Дяугач S.M., Яновицкий Э.Г. Расчет фотометрических характеристик атмосферы Юпитера. - В сб.: Астрометр. и астрофиз., вып.21, К.: На^яова думка,'1974, с.49-60.

15. Бугаенко О.И., Длугач Ä.M., Мороженко A.B., Яновицкий Э.Г. Об оптических свойствах облачного слоя Сатурна в видимом участке спектра. - Астроном.вестн., 1975, т.9, № I, с.13-21.

16. Мороженко A.B., Яновицкий Э.Г. Параметры оптической модели атмосферы Шитера для непрерывного спектра в области 0.35 -0.92 мкм. - Пгсьыа в Астрон.ж., 1976, т.2, № I, с.50-54.

17. Яновицкий Э.Г. Поле излучения в полубесконечной атмосфере при изотропном рассеянии. - Докл. АН СССР, 1976, т.227, № 6, с.1319-1322.

18. Яновицкий Э.Г. Поле излучения в полубесконечной атмосфере при анизотропном рассеянии. - Астрон.ж., 1976, т.53, № 5, с.1063-1074.

19. Мороженко A.B., Яновицкий Э.Г. Параметры вертикальной струк-

туры взрхних слоев атмосферы Юпитера,- Письма в Астрон.ж., 1976, т.2, » II, с.549-553.

20. Длугач Ж.М., Яновицкий Э.Г. О поведении азимутальных гармоник интенсивности излучения в глубоких слоях полубесконечной среды. - Физ.атмосф. и океана, 1977, т.13, №7, с.699-708.

21. Яновицкий Э.Г. Анизотропное рассеяние света в неоднородной ' атмосфере. Поле излучения в глубоких слоях полубесконечной

среды. - Астрон.ж., 1978, т.55, № 4, с.713-721.

22. Яновицкий Э.Г. Анизотропное рассеяние света в неоднородной атмосфере. Случай малого истинного поглощения. - Астрон.ж., 1978, т.55, № 5, с.1084-1092.

23. Дпугач К.М., Яновицкий Э.Г. Интерпретация результатов оптических измерений, проведенных АМС кВенвра^Ю". - Писька в Астрон.ж., 1978, т.4, » 10, с.471-476.

24. Яновицкий Э.Г. Принципы инвариантности и интегральные соот- -ношения для полей излучения в плоской атмосфере. - Астрон.ж.,

1979, т.56, * 4, с.833-844.

25. Яновицкий Э.Г. Общий принцип инвариантности дяя полей излучения "в плоских неоднородных атмосферах и его следствия. -Киев, 1979. - 39с. (Препринт/ Инст. теор.фиэ. АН УССР: ИТФ-79-117Р).

26. Яновицкий Э.Г. Поде излучения в плоской атмосфере при анизотропном рассеянии. Разделение угловых переменных. - Астрофизика, 1980, т.16, » 2,*с.363-374.

27. Яновицкий Э.Г. Поле излучения в оптически толстой атмосфере при почти консервативном рассеянии. - Физ. атмосф. и океана,

1980, т.16, № 8, 807-815.

Э> / ' '