Вісник Астрономічної школи, 2020, том 16, № 1, с. 22–32

https://doi.org/10.18372/2411-6602.16.04
Завантажити PDF
УДК 523.68

Відмінність рівнодення-2010 для Сатурна від попередніх трьох

Відьмаченко А.П.1, 2

1Національний університет біоресурсів та природокористування України, 03041, м. Київ, вул. Героїв Оборони, 15
2Головна астрономічна обсерваторія НАН України, 03143, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 27

Реферат

Площина екватора Сатурна має нахил 26,75° до площини його орбіти, тому для його атмосфери характерні сезонні зміни. Через ексцентриситет 0,056 орбіти південна півкуля отримує на 25% більше енергії від Сонця, ніж північна тому, що афелій Сатурн проходить влітку в північній півкулі, а перигелій – влітку в південній. У моменти рівнодення планета знаходиться на середній до Сонця відстані. Ми оцифрували до 200 отриманих різними спостерігачами зображень Сатурна в рівнодення 1966, 1980, 1995, 2010 рр. і підготували розподіли яскравості уздовж кількох широтних поясів і по центральному меридіану в спектральному діапазоні 300...890 нм. Використовуючи наявні фотометричні і поляриметричні дані, ми розрахували інтенсивності дифузно-відбитого від атмосфери випромінювання, в рамках двошарової моделі. У ній верхній шар є оптично тонким газовим, нижній – напівнескінченний газово-аерозольний. Параметри атмосфери були отримані з порівняння спостережних даних з розрахованими значеннями. Аналіз розподілів метанового й ультрафіолетового (УФ) поглинань по диску за період 1964–2020 рр. показав сезонні варіації на рівнях утворення видимих хмар і надхмарного туману. Меридіональний хід поглинань у рівнодення 1966 та 1995 рр. є протилежним ходу змін за результатами спостережень у рівнодення 1980 р. Але очікуваних у 2010 р. відмінностей у ході поглинання між півкулями Сатурна, такого ж, яке було отримане в 1980 р., не відбулося. Хоча всі орбітальні і фізичні характеристики на Сатурні в моменти чотирьох рівнодень повторюються, проте відгук атмосфери на них отримали різний. Наявні сезонні моделі зміни клімату Сатурна добре відповідають сезонним змінам метанового й УФ поглинання в його атмосфері в рівнодення 1966, 1980, 1995 рр. Але дані спостережень в рівнодення 2010 р. показали істотно інший результат. Дослідження спостережень з Вояджерів та Кассіні показали, що на рівнях тропопаузи тропічні регіони атмосфери Сатурна нагрілися більше ніж на 10 К за один рік (від 1980 до 2010 рр.). Таке потепління в тропопаузі істотно змінило атмосферну стратифікацію, стабільність і вплинуло на великомасштабну динаміку верхньої тропосфери. У мінімумі сонячної активності в 2010 р. істотно зменшилася ще й конвекція атмосфери.

Ключові слова: атмосфера; Сатурн; метанове поглинання; сезонні зміни; сонячна активність

Перелік посилань

  1. 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. – Vol. 96, No. 3–4. – P.119–147.
  2. Bezard B., Gautier D., Conrath B. A seasonal model of the Saturnian upper troposphere Comparison with Voyager infrared measurements // Icarus. – 1984. – Vol. 60. – P.274–288. https://doi.org/10.1016/0019-1035(84)90189-1
  3. Cess R.D., Carlson B.E., Caldwell J., et al. Latitudinal variations in Jovian statospherical temperatures // Icarus. – 1981. – Vol. 46. – P.249–255. https://doi.org/10.1029/gl005i004p00249
  4. Cess R.D., Cocran J.A. Saturnian stratospheric seasonal climate model // Icarus. – 1979. – Vol. 38. – P.349–357. https://doi.org/10.1016/0019-1035(79)90191-x
  5. Cochran A.L., Cochran W.D. Longitudinal variability of methane and ammonia bands on Saturn // Icarus. – 1981. – Vol. 48. – P.488–495. https://doi.org/10.1016/0019-1035(81)90059-2
  6. Conrath B.J., Pirraglia J.A. Thermal structure of Saturn from Voyager infrared measurements – Implications for atmospheric dynamics // Icarus. – 1983. – Vol. 53. – P.286–292. https://doi.org/10.1016/0019-1035(83)90148-3
  7. Dlugach J.M., Morozhenko A.V., Vid'machenko 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. – Vol. 54. – P.319–336. https://doi.org/10.1016/0019-1035(83)90201-4
  8. Эйгенсон М.С. Очерки физико-географических проявлений солнечной активности. – Львов: Издательство Львовского университета, 1957. – 230 с.
  9. Fletcher L.N., Achterberg R.K., Greathouse Th.K., et al. Seasonal change on Saturn from Cassini/CIRS observations 2004–2009 // Icarus. – 2010. – Vol. 208, Issue 1. – P.337–352. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2010.01.022
  10. Karkoshka E., Tomasko M.G. Saturn's Upper Troposphere 1986–1989 // Icarus. – 1992. – Vol. 97, No. 2. – P.161–181. https://doi.org/10.1016/0019-1035(92)90125-q
  11. Karkoschka E., Tomasko M. Saturn's vertical and latitudinal cloud structure 1991–2004 from HST imaging in 30 filters // Icarus. – 2005. – Vol. 179, Issue 1. – P.195–221. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2005.05.016
  12. Klimenko V.M., Morozhenko A.V., Vid'machenko A.P. Phase effect for the brightness coefficient of the central disk of Saturn and features of Jupiter's disk // Icarus. – 1980. – Vol. 42, No. 3. – P.354–357. https://doi.org/10.1016/0019-1035(80)90101-3
  13. Lіmіng L., Rіchard K.A., Barney J.C., et al. Strong Temporal Variation Over One Saturnian Year: From Voyager to Cassini // Scientific Reports. – 2013. – Vol. 3. – P.1–5.
  14. Marin M. Photometric photographique de Saturne // J. Observ. – 1968. – Vol. 51, No. 3. – P.179–191.
  15. Morozhenko A.V., Ovsak A.S., Vid'machenko A.P., et al. Imaginary part of the refractive index of aerosol in latitudinal belts of Jupiter's disc // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 2016. – Vol. 32, Issue 1. – P.30–37. https://doi.org/10.3103/s0884591316010062
  16. Orton G.S., Yanamandra-Fisher P.A., Fisher B.M., et al. Semi-annual oscillations in Saturn's low-latitude stratospheric temperatures // Nature. – 2008. – Vol. 453, No. 7192. – P.196–199. https://doi.org/10.1038/nature06897
  17. Perez-Hoyos S., Sanchez-Lavega A., French R.G., Rojas J.F. Saturn's cloud structure and temporal evolution from ten years of Hubble Space Telescope images (1994–2003) // Icarus. – 2005. – Vol. 176. – P.155–174. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2005.01.014
  18. Price M.J., Franz O.G. Saturn: UBV photoelectric pinhole scans of the disk. II // Icarus. – 1980. – Vol. 44, No. 4. – P.657–667. https://doi.org/10.1016/0019-1035(80)90134-7
  19. Sanchez-Lavega A., Lecacheux J., Colas F., Laques P. Temporal Behavior of Cloud Morphologies and Motions in Saturn's Atmosphere // J. Geophys. Res. – 1993. – Vol. 98, No. E10. – P.18857–18872. https://doi.org/10.1029/93je01777
  20. Sanchez-Lavega A., Quesada J.A. A survey of Saturn's northern hemisphere from 1979 to 1987 // Planet. Space Sci. – 1988. – Vol. 36, No. 12. – P.1381–1389. https://doi.org/10.1016/0032-0633(88)90006-2
  21. Steklov A.F., Vidmachenko A.P., Miniailo N.F. Seasonal variations in the atmosphere of Saturn // Sov. Astron. Let. – 1983. – Vol. 9. – P.135–136.
  22. Stone P.H. The Dynamics of the Atmospheres of the Major Planets // Space Science Reviews. – 1973. – Vol. 14, Issue 3–4. – P.444–459. https://doi.org/10.1007/bf00214755
  23. Teifel V.G. Calculation of the Depths of Absorption Lines and Bands on the Disk of a Planet Surrounded by a Semi-Infinite Homogeneous Atmosphere // Solar System Res. – 1975. – Vol. 9. – P.57.
  24. Teifel V.G. Optical properties and structure of Saturn's atmosphere // Solar Syst. Res. – 1980. – Vol. 14, No. 1. – P.1–16.
  25. Tejfel V.G. Molecular-Absorption Distribution over Saturn's Disk from the 1995 Observations Based on the Zonal CCD Spectrophotometry: Observational Results // Solar Syst. Res. – 1997. – Vol. 31, Issue 3. – P.198–206.
  26. Tejfel V.G., Karimov A.M., Kharitonova G.A. Comparison of the Latitudinal Variations of the Methane Absorption // Astron. Tsirkulyar. – 2010. – No. 1573. – P.1–2.
  27. Teifel V.G., Usol'tseva L.A., Kharitonova G.A. Optical Properties and Structure of Saturn's Atmosphere. I. Preliminary Results of Studies of CH4 Absorption Bands on the Planetary Disc // Sov. Astron. – 1971. – Vol. 15. – P.296–302.
  28. Teifel V.G., Usol'tseva L.A., Kharitonova G.A. Optical Properties and Structure of Saturn's Atmosphere. II. Latitudinal Variations of Absorption in the 0.62-mu CH4 Band and Characteristics of the Planet in the Near Ultraviolet // Sov. Astron. – 1973. – Vol. 17. – P.108–111.
  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, March 10–14, 2008, League City, Texas. LPI Co No. 1391. – P.1530.
  30. 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, March 1–5, 2010, Woodlands, Texas. LPI Co No. 1533. – P.1250.
  31. Tejfel V., 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, held 20–24 Sept., 2010, Rome, Italy. EPSC, 5. – P.322.
  32. Temma T., Chanover N.J., Simon-Miller A.A., et al. Vertical structure modeling of Saturn's equatorial region using high spectral resolution imaging // Icarus. – 2005. – Vol. 175, Issue 2. – P.464–489. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2004.11.006
  33. Tomasko M.G., West R.A., Orton G.S., Teifel V.G. Clouds and aerosols in Saturn's atmosphere / In: Saturn. – Tucson, AZ, University of Arizona Press, 1984. – P.150–194.
  34. Trafton L. Saturn: Long-Term Variation of H2, and CH4, Absorptions // Icarus. – 1977. – Vol. 31. – P.369–384.
  35. Trafton L. Long-Term Changes in Saturn's Troposphere // Icarus. – 1985. – Vol. 63. – P.374–405. https://doi.org/10.1016/0019-1035(85)90053-3
  36. Vid'machenko A.P. Absolute electrophotometry of features of Saturn's disc / In: Physics of planetary atmospheres. – 1981. – P.113–132.
  37. Vid'machenko A.P. Absolute electrophotometry of the B ring of Saturn / In: Physics of planetary atmospheres. – 1981. – P.132-138.
  38. Vid'machenko A.P. The albedo of the southern equatorial region of Saturn in 1977–1981 // Astron. Vestnik. – 1984. – Vol. 18, No. 3. – P.191–198.
  39. Vid'machenko A.P. On the activity of Jupiter's atmosphere // Kinematika i Fizika Nebesnykh Tel. – 1985. – Vol. 1, No. 5. – P.91.
  40. Vid'machenko A.P. The appearance of seasonal variations in Saturn's atmosphere // Kinematics Phys. Celest. Bodies. – 1987. – Vol. 3. – P.10–12.
  41. Vid'machenko A.P. Giant planets – Theoretical and observational aspects // Astronomicheskii Vestnik. – 1991. – Vol. 25. – P.277–292.
  42. Vid'machenko A.P. Temporal changes in methane absorption in Jupiter's atmosphere // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 1997. – Vol. 13, No. 6. – P.21–25.
  43. Vid'machenko A.P. Variations in Reflective Characteristics of Jupiter's Atmosphere // Solar System Res. – 1999. – Vol. 33, No. 6. – P.464–469.
  44. Vidmachenko A.P. The electrophotometry of Saturn. I – The distribution of brightness over the equatorial regions in the spectral range of 0.3–0.6 micron // Astrometriia i Astrofizika. – 1982. – Vol. 47. – P.70–75.
  45. Vidmachenko A.P. The Photometrical Features in Brightness Distribution Over Saturn's Equatorial Belt in Ultraviolet // Astronomicheskii Tsirkulyar. – 1982. – No. 1227. – P.1.
  46. Vidmachenko A.P. The photometric properties of the disk of Saturn's features: Abstract of PhD thesis. – Kiev, 1983. – 18 p.
  47. Vidmachenko A.P. Electrophotometry of Saturn. II – Spectral brightness distribution along the central meridian // Astrometriia i Astrofizika. – 1984. – Vol. 51. – P.56–62.
  48. Vidmachenko A.P. Reflectivity of Saturn's south equatorial region from 1977 through 1981 // Astronomicheskii Vestnik. – 1984. – Vol. 18. – P.191–198.
  49. Vidmachenko A.P. Seasonal Variation of Methane Absorption at Saturn's Atmosphere // Astronomicheskii Tsirkulyar. – 1984. – No. 1331. – P.1.
  50. Vidmachenko A.P. Activity of processes in the atmosphere of Jupiter // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 1985. – Vol. 1, No. 5. – P.101–102.
  51. Vidmachenko A.P. On the activity of Jupiter's atmosphere // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 1985. – Vol. 1, No. 5. – P.91.
  52. Vidmachenko A.P. Possible effect of the rings on the photometric properties of Saturn's cloud layer // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 1985. – Vol. 1. – P.12–15.
  53. Vidmachenko A.P. Reflectivity of Saturn's south equatorial region from 1977 through 1981 // Solar System Res. – 1985. – Vol. 18, No. 3. – P.123–128.
  54. Vidmachenko A.P. Some dynamical parameters of the atmosphere of Jupiter // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 1986. – Vol. 2, No. 1. – P.54–56.
  55. Vidmachenko A.P. Manifestations of seasonal variations in the atmosphere of Saturn // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 1987. – Vol. 3, No. 6. – P.9–12.
  56. Vidmachenko A.P. Giant planets – Theoretical and observational aspects // Astron. Vestnik. – 1991. – Vol. 25. – P.277–292.
  57. Vidmachenko A.P. Temporal changes in methane absorption in Jupiter's atmosphere // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 1997. – Vol. 13, No. 6. – P.21–25.
  58. Vidmachenko A.P. Periodical variations of parameters of Jupiter's and Saturn's Atmosphere: Thesis for a doctor's degree by speciality 01.03.03 – Geliophysics and physics of Solar system. – The MAO of NASU, Kyiv, November, 1999. – 36 p.
  59. Vidmachenko A.P. Seasonal variations in the optical characteristics of Saturn's atmosphere // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 1999. – Vol. 15, No. 5. – P.320–331.
  60. Vidmachenko A.P. Variations in Reflective Characteristics of Jupiter's Atmosphere // Solar System Res. – 1999. – Vol. 33. – P.464.
  61. Vidmachenko A.P. Influence of solar activity on seasonal variations of methane absorption in the atmosphere of Saturn // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 2015. – Vol. 31, Issue 3. – P.131–140. https://doi.org/10.3103/s088459131503006x
  62. Vidmachenko A.P. Seasons on Saturn. 1. Changes in reflecting characteristics of the atmosphere at 1964–2012 // Astronomical School's Report. – 2015. – Vol. 11, No. 1. – P.1–14. https://doi.org/10.18372/2411-6602.11.1001
  63. Vidmachenko A.P. Seasons on Saturn. II. Influence of solar activity on variation of methane absorption // Astronomical School's Report. – 2015. – Vol. 11, No. 1. – P.15–23. https://doi.org/10.18372/2411-6602.11.1015
  64. Vidmachenko A.P. The influence of solar activity on seasonal variation of the methane absorption in Saturn's atmosphere // Kinematics Phys. Celestial Bodies. – 2015. – Vol. 31, Issue 3. – P.38–53. https://doi.org/10.3103/s088459131503006x
  65. Vidmachenko A.P. Activity of processes on the visible surfaces of Solar System bodies // Astronomical School's Report. – 2016. – Vol. 12, No. 1. – P.14–26. https://doi.org/10.18372/2411-6602.12.1014
  66. Vidmachenko A.P. Seasonal changes on Jupiter. I. The factor activity of hemispheres // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 2016. – Vol. 32, No. 4. – P.189–195. https://doi.org/10.3103/s0884591316040073
  67. Vidmachenko A.P. About the time of radiation relaxation of the hydrogen-helium atmosphere, determined on the change in the activity factor of Jupiter's hemispheres // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 2020. – Vol. 36, No. 1. – P.24–34. https://doi.org/10.15407/kfnt2020.01.024
  68. Vidmachenko A.P., Dlugach Zh.M., Morozhenko A.V. Nature of the optical nonuniformity in Saturn's disk // Solar System Res. – 1984. – Vol. 17, No. 4. – P.164–171.
  69. Vidmachenko A.P., Klimenko V.M., Morozhenko A.V. Multicolor photometry of features on the disk of Jupiter. I – Relative spectrophotometry in the 1977–1978 observing period // Solar System Research. – 1980. – Vol. 14, No. 2. – P.62–67.
  70. Vidmachenko A.P., Morozhenko A.V., Klimenko V.M. Phase effect for the brightness coefficient of the central disk of Saturn and features of Jupiter's disk // Icarus. – 1980. – Vol. 42, No. 3. – P.354–357. https://doi.org/10.1016/0019-1035(80)90101-3
  71. Vidmachenko A.P., Steklov A.F., Minyajlo N.F. Seasonal activity on Jupiter? // Pisma v Astronomicheskii Zhurnal. – 1984. – Vol. 10. – P.691–695.
  72. Vidmachenko A.P., Steklov A.F., Minyaylo N.F. Possible period of Jovian activity and possibility of seasons // USSR Rept.: Space. (JPRS-USP-85-004), 1985. – P.34.
  73. 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-A bands // Icarus. – 1982. – Vol. 51. – P.51–64. https://doi.org/10.1016/0019-1035(82)90029-x
  74. http://kardasis.weebly.com/ – Manos Kardasis.
  75. http://obs.nineplanets.org/obs/obslist.html – Amateur Astronomical Observatories.
  76. http://www.acquerra.com.au/astro/gallery/jupiter/index.live – Anthony Wesley.
  77. http://www.astrosurf.com/gallery/category/16-saturne/

Завантажити PDF