Вісник Астрономічної школи, 2015, том 11, № 1, с. 15–23

https://doi.org/10.18372/2411-6602.11.1015
Завантажити PDF
УДК 523.4

Сезони на Сатурні. II. Вплив сонячної активності на зміну метанового поглинання

Відьмаченко А.П.

Главная астрономическая обсерватория НАН Украины

Реферат

В атмосфері Сатурна метан і аміак знаходяться у вигляді домішок на рівні менше десятих часток відсотка. Вони беруть участь у фотохімічних процесах, основними продуктами яких є вуглеводні і аміак NH3. Поліацетилени поглинають сонячне світло майже до 400 нм, а вуглеводні – коротше 180 нм. У зв'язку з цим сонячний цикл, нахил екватора до площини орбіти, наслідки орбітального руху і наявність кілець індукують зміну складу верхньої атмосфери. Радіаційні константи атмосфери залежать від фізико-хімічних умов, зменшуючись від ~10 років на рівні видимих хмар, до місяців в тропопаузі і днів у стратосфері. Спостережувані сезонні ефекти можуть бути пов'язані ще й з конденсацією і конвекцією, а динамічна шкала часу там може бути всього десятки годин. Аналіз даних про розподіл метанового поглинання по диску Сатурна за 1964–2012 показав суттєві сезонні зміни на рівнях видимих хмар і туману над хмарами. Меридіанний хід метанового поглинання в рівнодення 1966 і 1995 має протилежний хід до результатів у рівнодення 1980. Але очікуваної відмінності в ході метанового поглинання в рівнодення 2009, аналогічного до 1980 року, не відбулося. Хоча всі фізико-орбітальні характеристики Сатурна в ці рівнодення повторилися, але відгук на них вийшов різний. За кілька років до рівнодень в 1966, 1980 і 1995 рр. число R, що характеризує сонячну активність, змінювалося від 40 до 180. Перед рівноденням 2009 Сонце знаходилося в мінімумі активності, і значення R практично дорівнювало нулю. Згідно зі спостереженнями, в момент рівнодення 2009 конвекція в атмосфері Сатурна перебувала на мінімальному рівні. Після виходу з тіні кілець глибокі хмарні шари в зимовій північній півкулі залишилися в «замороженому» стані на колишньому низькому рівні при відсутності активних процесів на Сонці. Це дозволило безперешкодно реєструвати потужний шар газу з метану й аміаку. Оскільки такий серпанок має фотохімічну природу, то можна припустити, що через мінімальну активність Сонця в атмосфері Сатурна не вистачило енергії для утворення фотохімічного аерозольного шару. Через такий набір фізико-хімічних умов в атмосфері Сатурна метанове поглинання в малоактивній зимовій півкулі залишилося майже незмінним і рівним поглинанню в колишній літній максимально освітленій сонячним світлом півкулі.

Ключові слова: атмосфера; Сатурн; метановое поглощение; сезонные изменения; солнечная активность

Перелік посилань

  1. Витинский Ю.И., Оль А.И., Сазонов Б.И. Солнце и атмосфера Земли. – Л.: Гидрометеоиздат, 1976. – 351 с.
  2. Герман Дж.Р., Голдберг Р.А. Солнце, погода и климат. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. – 319 с.
  3. Длугач Ж.М. Отражение света многослойной планетной атмосферой // Астрон. вестник. – 1982. – 17, № 2. – С.234–239.
  4. Лоренц Э.Н. Природа и теория общей циркуляции атмосферы – Л.: Гидрометеоиздат, 1973. – 260 с.
  5. Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. – М.: Наука, 1981. – 144 с.
  6. Морской Г.И. О конвекционной теории изменения давления // Метеорология и гидрология. – 1967. – № 1. – C.123–142.
  7. Стоун П. Метеорология атмосферы Юпитера // Юпитер. Т.2. – М.: Мир, 1979. – С.460–500.
  8. Эйгенсон М.С. Очерки физико-географических проявлений солнечной активности. – Львов: Издательство Львовского университета, 1957. – 230 с.
  9. Эйгенсон М.С., Гневышев М.Н., Оль А.И., Рубашев Б.М. Солнечная активность и ее земные проявления. – М.-Л.: ОГИЗ, 1948. – 323 с.
  10. Baines K.H., Drossart P., Momary T.W., et al. The Atmospheres of Saturn and Titan in the Near-Infrared First Results of Cassini/VIMS // Earth, Moon, and Planets. – 2005. – 96, № 3–4. – P.119–147.
  11. Bezard B., Gautier D., Conrath B. A seasonal model of the Saturnian upper troposphere Comparison with Voyager infrared measurements // Icarus. – 1984. – 60. – P.274–288. https://doi.org/10.1016/0019-1035(84)90189-1
  12. Callis L.B., Nealy J.E. Solar UV variability and its effect on stratospheric thermal structure and trace constituents // Geophysical Research Letters. – 1978. – 5. – P.249–252. https://doi.org/10.1029/gl005i004p00249
  13. Cess R.D., Carlson B.E., Caldwell J., et al. Latitudinal variations in Jovian statospherical temperatures // Icarus. – 1981. – 46. – P.249–255. https://doi.org/10.1016/0019-1035(81)90212-8
  14. Cess R.D., Cocran J. A Saturnian stratospheric seasonal climate model // Icarus. – 1979. – 38. – P.349–357. https://doi.org/10.1016/0019-1035(79)90191-x
  15. Conrath B.J., Pirraglia J.A. Thermal structure of Saturn from Voyager infrared measurements – Implications for atmospheric dynamics // Icarus. – 1983. – 53. – P.286–292. https://doi.org/10.1016/0019-1035(83)90148-3
  16. Dlugach J.M., Morozhenko A.V., Vidmachenko A.P., Yanovitskij E.G. Investigations of the optical properties of Saturn's atmosphere carried out at the Main Astronomical Observatory of the Ukrainian Academy of Sciences // Icarus. – 1983. – 54. – P.319–336. https://doi.org/10.1016/0019-1035(83)90201-4
  17. Drossart P., Courtin R., Atreya S., Tokunaga A. Variations in the Jovian atmospheric composition and chemistry // Time-variable phenomena in the Jovian system. – Washington: NASA-SP-494. – 1989. – P.344–362.
  18. Fletcher L.N., Achterberg R.K., Greathouse Th.K., et al. Seasonal change on Saturn from Cassini/CIRS observations 2004–2009 // Icarus. – 2010. – 208, Issue 1. – P.337–352. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2010.01.022
  19. Gallis L.V., Nealy J.E. Temperature UV variability and its effect on stratospheric thermal structure and trace constituents // Geophys. Res. Lett. – 1978. – 5. – P.249. https://doi.org/10.1029/gl005i004p00249
  20. Reese E.J. Recent photographic measurement of Saturn // Icarus. – 1971. – 15, № 3. – P.466–479. https://doi.org/10.1016/0019-1035(71)90124-2
  21. Steklov A.F., Vidmachenko A.P., Miniailo N.F. Seasonal variations in the atmosphere of Saturn // Soviet Astronomy Letters. – 1983. – 9. – P.135–136.
  22. Stone P.H. The Dynamics of the Atmospheres of the Major Planets // Space Science Reviews. – 1973. – 14, Issue 3–4. – P.444–459. https://doi.org/10.1007/bf00214755
  23. Teifel V.G. Optical properties and structure of Saturn's atmosphere // Solar System Research. – 1980. – 14, № 1. – P.1–16.
  24. Tejfel V.G., Karimov A.M., Kharitonova G.A. Comparison of the Latitudinal Variations of the Methane Absorption // Astronomicheskii Tsirkulyar. – 2010. – 1573. – P.1–2.
  25. Tejfel V.G. Molecular absorption and the possible structure of the cloud layers of Jupiter and Saturn // Journal of the Atmospheric Sciences. – 1969. – 26, № 5. – P.854–859. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1969)026<0854:maatps>2.0.co;2
  26. Tejfel V.G. Molecular-Absorption Distribution over Saturn's Disk from the 1995 Observations Based on the Zonal CCD Spectrophotometry: Observational Results // Solar System Research. – 1997. – 31, Issue 3. – P.198–206.
  27. Tejfel V.G., Vdovichenko V., Karimov A., et al. Saturn CCD-spectrophotometry in 2009 and 2010 – a comparison of near- and post-equinox latitudinal distribution of molecular absorption // European Planetary Science Congress 2010, held 20–24 September in Rome, Italy. EPSC. – V. 5. Abstr. 322. – P.322.
  28. Tejfel V.G., Vdovichenko V.D., Karimov A.M., et al. Saturn at and between the equinoxes 1995 and 2009 // 41st Lunar and Planetary Science Conference, held March 1–5, 2010 in The Woodlands, Texas. LPI Contribution № 1533. – P.1250.
  29. Tejfel V.G., Vdovichenko V.D., Karimov A.M., et al. The Space-Time Variations of the Molecular Absorption Bands on Jupiter and Saturn from 1995–2007 Observations // 39th Lunar and Planetary Science Conference, held March 10–14, 2008 in League City, Texas. LPI Contribution № 1391. – P.1530.
  30. 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, Issue 2. – P.464–489. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2004.11.006
  31. Tomasko M.G., West R.A., Orton G.S., Teifel V.G. Clouds and aerosols in Saturn's atmosphere // In: Saturn (A85–33976 15–91). Tucson, AZ, University of Arizona Press. – 1984 – P.150–194.
  32. Vidmachenko A.P. Electrophotometry of Saturn. II – Spectral brightness distribution along the central meridian // Astrometriia i Astrofizika. – 1984. – № 51. – P.56–62,
  33. Vidmachenko A.P. Giant planets – Theoretical and observational aspects // Astronomicheskii Vestnik. – 1991. – 25. – P.277–292.
  34. Vidmachenko A.P. Possible effect of the rings on the photometric properties of Saturn's cloud layer // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 1985. – 1. – P.12–15.
  35. Vidmachenko A.P. Seasonal variations in the optical characteristics of Saturn's atmosphere // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 1999. – 15, № 5. – P.320–331.
  36. Vidmachenko A.P. Seasons on Saturn. I. Changes in reflecting characteristics of the atmosphere at 1964–2012 // Astronomical School's Report. – 2015. – 11, № 1–2. – P.1–14. https://doi.org/10.18372/2411-6602.11.1001
  37. Vidmachenko A.P. The appearance of seasonal variations in Saturn's atmosphere // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 1987. – 3. – P.10–12.
  38. Vidmachenko A.P. The influence of solar activity on seasonal variation of the methane absorption in Saturn's atmosphere // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 2015. – 31, Issue 3. – Р.38–53. https://doi.org/10.3103/s088459131503006x
  39. Vidmachenko A.P., Dlugach Zh.M., Morozhenko A.V. Nature of the optical nonuniformity in Saturn's disk // Solar System Research. – 1984. – 17, № 4. – P.164–171.
  40. West R.A., Tomasko M.G., Smith B.A., et al. Spatially resolved methane band photometry of Saturn. I – Absolute reflectivity and center-to-limb variations in the 6190-, 7250-, and 8900-Å bands // Icarus. – 1982. – 51. – P.51–64. https://doi.org/10.1016/0019-1035(82)90029-x

Завантажити PDF