Періодичні зміни параметрів атмосфер Юпітера і Сатурна

Роздiл 5. Власнi коливання i акустичнi хвилi в атмосферах планет-гiгантiв. В 1976р. вперше було вказано на можливiсть того, що атмосфери Юпiтера i iнших планет-гiгантiв можуть осцилювати як і фотосфера Сонця. При цьому стояча хвиля (власнi коливання) утвориться тодi, коли половина довжини вертикальної хвилi цiле число раз вкладеться мiж верхньою i нижньою границями атмосфери. Із загальних рiвнянь метеорологii i приблизних динамiчних i кiнематичних оцiнок фiзичних параметрiв атмосфер слiдує, що основна маса хмар в атмосферах планет-гiгантiв утворюється при наявностi впорядкованих рухiв газоподiбних повiтряних мас iз значеннями вертикальних швидкостей wо в дiапазонi величин вiд одиниць до сотень см/с. При цьому, геометрична товщина хмар на Юпiтерi i Сатурнi в загальному випадку змiнюється при змiнi значення i напряму вертикальної швидкостi перемiщення повiтряних мас:

- геометрична товщина хмар збiльшується iз збiльшенням wо (пiд'йом повiтряних мас) i Kт - коефiцiенту турбулентностi;

- на всих, крiм самої верхньої границi хмар, рiвнях атмосфери спостерiгається зменшення температури iз часом при позитивних wо ;

- при змiнi знаку вертикальної швидкостi wо (вiд пiдйому до опускання повiтря) в бiльшостi змодельованих випадкiв спостерiгається зменшення питомого вмiсту сконденсованої фази в хмарах, тобто вiдбувається їх розпад;

- якщо з'являються рухи з wо=-(10-15)cм/с, то спершу поступово уповiльнюється зростання хмар, i лише згодом, розвиток хмари змiнюється її розпадом;

- при значеннях |wо|>20см/с змiна знаку вертикальної швидкостi практично зразу ж приводить до початку процесiв утворення, або розпаду хмарностi; причому час, що визначає момент появи хмар i/або початок їх зникнення - зменшується iз збiльшенням модуля вертикальної швидкостi перемiщення повiтряних мас.

Тропосфери Юпiтера i Сатурна мають багатий елементний склад, деякi iз компонент якого (особливо вода, гiдросульфiд амiаку, метан i амiак) конденсуються на певних рiвнях в атмосферi, змiнюючи тим самим, яcкравiстнi характеристики хмарового шару вцiлому. Тому при появi навiть порiвняно невеликого градiєнта вертикальної швидкостi перемiщення повiтряних мас вiдбувається помiтна змiна питомого вмiсту сконденсованих хмарових мас в атмосферах планет-гiгантiв. В зв'язку з цим, при наявностi перiодичної змiни в швидкостi вертикльного перемiщення повiтряних мас через iснування радiальних осциляцiй (власних коливань планетних атмосфер), ми повиннi спостерiгати варiацiї вiдбивних, поглинальних i випромiнювальних властивостей видимого хмарового шару і надхмарового туману. По методицi, представленiй в [17], ми зробили оцiнку змiн оптичних параметрiв газової i аерозольної складових атмосфери Сатурна, викликаних змiнами вертикальної швидкостi: модельнi розрахунки показали, що за час бiля двох годин пiдйом повiтряних мас з швидкiстю wо=30cм/c приводить до збiльшення абсолютної вiдбивної здатностi в довжинi хвилi 316нм на величину 0.0035 при середньому значеннi 0.200 для екваторiальної областi Сатурна. В довжинi хвилi 600нм - лише на 0.00007 при середньому значеннi 0.550. Вирахуванi нами значення спектральних коефiцiентiв прозоростi земної атмосфери [23,24] i нашi спостережнi данi про змiну альбедо рiзних дiлянок диску Сатурна [1,2] показують, що найкращим є пошук можливих змiн оптичних властивостей атмосфери Сатурна через наявнiсть радiальних осциляцiй в спектральному iнтервалi 390-420нм. Саме в цих довжинах хвиль варiацiї прозоростi земної атмосфери вже не так сильно змiнюють сигнал вiд планет (як це є в ультрафiолетi в 316нм), свiтловий потiк вiд планет стає значним для надiйної його реєстрацiї при електрофотометрiї з пiдрахунком фотонiв i за час бiля двох годин пiдйом повiтряних мас з швидкiстю wо=30cм/c приводить до збiльшення альбедо в довжинi хвилi 400нм на величину до 0.001 при середньому значеннi 0.200 для екваторiальної областi Сатурна. Як показує наш досвiд багаторiчних спектроелектрофотометричних вимiрiв на горi Майданак, приведенi вище величини змiн вiдбивної здатностi атмосфер планет-гiгантiв є цiлком доступними для їх реєстрацiї при спостереженнях планетних атмосфер з пiдрахунком фотонiв у зазначеному дiапазонi спектра.

В зв'язку з викладеним вище, ми припускаємо, що процес коливань хмаротворчої дiяльностi є добрий засiб для реєстрацiї рiзноманiтних коливальних процесiв оптичних характеристик в атмосферах планет при їх дистанцiйних спостереженнях. Для спостережного вiдкриття таких варiацiй ми виконали спецiальний комплекс спостережної програми i розробили вiдповiдне прорамне забезпечення для виявлення перiодичних складових у фотометричних рядах астрономiчних даних. Поскiльки величина вертикальної швидкостi перемiщення повiтряних мас в атмосферi Юпiтера є визначальною при вивченнi коливальних процесiв у хмаротворчiй дiяльностi на планетi, ми оцiнили її розглянувши рiвнянння неперервностi атмосфери в безрозмiрному нормовано критерiальному виглядi; це дозволило виразити характернi масштаби шуканих величин аналiтично через унiверсальнi параметри подiбностi Голiцина. Сумiщення способу критерiальних рiвнянь і способу обезрозмiрювання нормуванням та використання наближення "нестискуваностi" газу дозволило нам отримати, що вертикальнi швидкостi в атмосферах планет в середньому в стiльки раз меншi горизонтальних (U), в скiльки раз добуток швидкостi звука на лiнiйну швидкiсть обертання планети - менший вiд квадрата першої космiчної швидкостi. Значення вертикальної швидкостi перемiщення повiтряних мас в атмосферi Юпiтера, вирахуване при значеннях U=25-150м/с, складає wо =(10-50)cм/с, що є цiлком задовiльним для можливостi реєстрацiї коливань хмаротворчої дiяльностi по запропонованому нами вище способу.

З метою виявити перiодичнi складовi в рядах даних нами була застосована методика обчислення значень перiодiв по параметричному методу максимальної ентропiї, який широко використовувався в ГАО НАН України у вiддiлi космiчної геодинамiки при вивченнi вiльної квазiдобової нутацiї i iнших перiодичних складових обертання Землi. Для вiдпрацювання комплексу програм i адаптацiї нашого програмного забезпечення для виявлення можливих перiодичних складових у фотометричних рядах даних при астрономiчних спостереженнях, ми виконали значну роботу по визначенню значень перiодiв у змiнi блиску комет [15,16,20] та інших астрономічних об'єктів [7,8,11-13,18] з допомогою нашої програми.

Земна атмосфера є головним джерелом рiзноманiтних шумiв при спробах реєстрацiї власних коливань блиску небесних об'єктiв iз астрономiчних спостережень на наземних обсерваторiях. Для врахування осциляцiй, що викликаються атмосферою Землi, нами була поставлена i виконана програма спецiальних спостережень по патрулюванню за прозорiстю земної атмосфери в експедицiї на горi Майданак (висота 2750м). Спостереження проводилися з допомогою спектрополяриметра, встановленого на 60-см телескопi фiрми Карл Цейсс (Йєна). В двох незалежних каналах (свiтло вiд зiрки роздiлялось напiвпрозорим дзеркалом) проводилося паралельне фотометрування в стандартному фiльтрi "В" i в дiлянцi спектра, центрованiй на довжину хвилi 555нм. Час накопичування в обох каналах був однаковим, але дещо варiювався в рiзнi ночi: вiд 20 секунд до 1 хвилини. Результуюча статистична точнiсть накопиченого сигналу складала 0.0003. В якостi дослiджуваного об'єкта вибрана Полярна зiрка, розташування якої на небосхилi залишається практично незмiнним на протязi всього часу спостережень: декiлька ночей в жовтнi 1990, в березнi, в квiтнi i в липнi 1991року по 6-8 годин безперервного патрулювання зiрки. Спектральний аналiз отриманих нами результатiв з достовiрнiстю краще 90% показав наявнiсть осциляцiй прозоростi атмосфери [18,27] з перiодами 2.5, 3.6, 5.2, 8.9, 11.2, 16.5, 20.6, 48.0 i 107 хвилин. Сумарний спектр осциляцiй блиску варiює день вiд дня. Найстабiльнiшi перiоди 3.6 i 20.6 хвилин з амплiтудами, вiдповiдно, 0.0008-0.004m i 0.003-0.007m в рiзнi днi. Існування перiодiв 48 i 107 хвилин в чималiй мiрi залежить вiд наявностi чи вiдсутностi вiтру в приземному шарi. Тобто, спостереження Полярної зiрки дозволили нам зареєструвати змiни прозоростi земної атмосфери з перiодами близькими до перiодiв внутрiшнiх гравiтацiйних хвиль атмосфери Землi. Одержанi результати мали, також, дуже важливе значення для їх врахування при проведеннi роботи по визначенню значень перiодiв коливань оптичних характеристик атмосфер Юпiтера i Сатурна.

Із одержаних абсолютних спостережень екваторiальної областi Сатурна в перiоди 1977-1984 i 1986-1987рр. найщiльнiшi ряди вимiрiв планети і двох зiрок порiвняння в кожну з ночей були отриманi в сiчнi-лютому 1979р. Паралельно з нами аналогiчну роботу по абсолютiй електрофотометрiї зональних морфологiчних деталей Юпiтера виконував В.М. Клименко, який люб'язно надав в наше розпорядження точнi моменти вимiрiв Пiвнiчної тропiчної зони в зазначений час. На першому етапi пiдготовки спостережних фотометричних рядiв до обробки ми врахували фазову залежнiсть по методицi, представленiй в роботі [1]. Пiсля цього, використовуючи вирахуванi нами середнi за нiч значення спектральних коефiцiентiв прозоростi, всi iндивiдуальнi вiдлiки вiд планет i зiрок були приведенi до одиничної повiтряної маси M=1. Таким чином були пiдготовленi чотири основнi множини: {Ic},{I*1},{I*2} i {Iю}, якi в подальшому ми аналiзували як кожен окремо, так i складаючи вiдповiднi вiдношення {In/Im}. Для виявлення можливих перiодичностей в одержаних рядах нами були використанi декiлька методик дослiджень.

За нульову епоху ми взяли момент UТ 17h 00m 18.01.79. Задаючи перiод Tk i початкову епоху, вираховувалися змiннi фази для кожної окремо взятої спостережної точки. Пiсля цього весь перiод Tk зi своїми фазами вiд нуля до одиницi ми розбили на 32 рiвнi частини i вираховували середнє значення для кожного ряду, пiсля чого розподiляли всi величин {Ik} по цим 32 фазовим iнтервалам обраного перiоду. По усереденим в кожному iнтервалi значенням проводилася середня крива i на наступному кроцi вираховувалися середньоквадратичнi вiдхилення вiд середньої кривої для всих вимiрiв i для кожного iз 32 iнтервалiв. Далi проводилася мiнiмiзацiя результуючої кривої до монохроматичної синусоїди з таким же перiодом Tk та деякою амплiтудою А0.

Крiм того, для вiдпрацювання методики роздiлення осциляцiй, викликаних змiною прозоростi атмосфери Землi i коливаннями блиска небесного об'єкта, а також для виявлення власних коливань атмосфер планет-гiгантiв, ми застосовували спектральний аналiз по ММЕ до цих же рядiв даних. На першому етапi процедура спектрального математичного аналiзу по ММЕ застосовувалася нами до найдовших рядiв даних, одержаних в ночi 19/20.01 i 31.01/01.02.79. Пiсля попередньої оцiнки значень перiодiв перевiрялося збереження фаз для кожного iз видiлених коливань. Враховуючи фази всiх основних перiодiв i використовуючи спосiб "зшивання", для кожного iз дослiджуваного в даний момент перiодичного процесу проводилася процедура зшивання рядiв даних за весь дослiджуваний перiод. До знов одержаних iндивiдуальних рядiв (фотометрiя Юпiтера, Сатурна, двох зiрок) i до рядiв складених iз їх вiдношень (планета/зiрка, планета/планета, зiрка/зiрка) знову застосовувалася описана вище обчислювальна процедура спектрального аналiзу ММЕ.

В результатi використання двох вищеописаних процедур, ми отримали з достовiрнiстю краще 90% набiр перiодiв рiзної тривалостi. Перiоди Т=105?1.8, 130?2.4, 207?5.7 хвилин проявляються тiльки у всiх iндивiдуальних рядах даних, але вiдсутнi в рядах, складених iз їх вiдношень, де вiдбувається їх взаємна компенсацiя. Це може говорити про те, що природа таких перiодичностей закладена в змiнi прозоростi земної атмосфери. Перiоди Т=137?2.6, 179?3.6 хвилин характернi тiльки для Сатурна, а перiоди Т=103?1.8, 142?2.9 хвилини - тiльки для Юпiтера [18,27]. З великою iмовiрнiстю їх можна вiднести до власних коливань атмосфер цих планет, оскiльки висока енергетика атмосфер планет-гiгантiв повинна приводити до породження власних осциляцiй. Тим бiльше, що одержанi нами значення перiодiв практично спiвпадають iз теоретично вирахуваними величинами перших двох гармонiк власних коливань Юпiтера i Сатурна. Амплiтуди коливань блиску планет-гiгантiв на довжинi хвилi 407нм знаходяться в межах 0.0008-0.004m.

Таким чином, iз аналiзу спостережних рядiв даних по електрофотометрiї Юпiтера i Сатурна, двома незалежними методиками, з вiрогiднiстю краще 90% нами виявленi коливання блиску окремих дiлянок диску Юпiтера i Сатурна, що по величинi спiвпадають iз значеннями власних коливань їх атмосфер. Цей факт повинен мати величезне значення для становлення i розвитку сейсмологiї атмосфер планет-гiгантов.

У заключній частині зроблено висновки та намічено першочергові завдання для подальших досліджень атмосфер планет-гігантів.

Висновки. В Дисертацiї iз аналiзу спостережних даних, одержаних нами в перiод iз 1977 по 1995рр. i численних спостережних даних, отриманих iншими дослiдниками атмосфер Юпiтера і Сатурна, проведено ретельне дослiдження по вивченню вiдображення рiзноманiтних перiодичних вимушуючих сил в їх атмосферах. Це дозволило виявити сезоннi варiацiї оптичних, кiнематичних i т.п. характеристик атмосфер цих планет-гiгантiв i довести, що саме сезонна змiна опромiнення планет Сонцем є вiдповiдальною за деякi iз спостережуваних варiацiй. Із аналiзу багаторiчних спостережних даних про змiну iнтегрального блиску Юпiтера у видимому свiтлi виявлено прояв 22.3-рiчного Хейловського магнiтного циклу Сонячної активностi та iснування вiкових змiн абсолютної зоряної величини Юпiтера.

Дослiдження показали також, що впроваджене нами вiдношення яскравостей Пiвнiчної і Пiвденної Тропiчних зон Aj= BNTrZ/BSTrZ є хорошим iндексом активностi атмосферних процесiв на Юпiтерi. Одержана наявнiсть циклiчностi в довгоперiодичних коливаннях Aj пiвкуль планети з перiодом 11.86 рокiв довела iснування сезонної перебудови в атмосферi Юпiтера.

Показано, що варiацiї вiдбивної здатностi хмарового шару Сатурна в ультрафiолетi i в смугах поглинання метаном можна пояснити наявнiстю сезонних змiн, викликаних нахилом осi обертання планети до еклiптики, а отже, варiацiями опромiнення планети Сонцем, що, в свою чергу, привели до змiни оптичних i фiзичних параметрiв атмосфери Сатурна на рiзних широтах. Проведенi нами обчислення для моментiв рiвнодень 1966 i 1980рр. в рамках двошарової моделi атмосфери Сатурна показали, що широтнi пояси планети, якi щойно вийшли iз тiнi кiлець, вiдрiзняються вiд iнших поясiв значеннями розсiюючої складової оптичної товщини надхмарового газового шару, об'ємною концентрацiєю хмарового аерозоля i величиною уявної частини показника заломлення хмарових часток ni . Там, де тривалий час була зима (в пiвденнiй пiвкулi до 1966р. i в пiвнiчнiй до 1980р.), хмаровий шар є бiльш разрiдженим i його верхня границя знаходиться вище, нiж у пiвкулi, що "пережила" до цього лiтнiй сезон. Тi екваторiальнi областi Сатурна, що тривалий час були закритi кiльцями, вiдчуваючи дефiцит притоку в атмосферу сонячної радiацiї, вiдрiзняються вiд iнших широтних поясiв пiдвищеною кiлькiстю сильно поглинаючої кольорової домiшки.

В цьому дослiдженнi нами показано, що спостереження видимої поверхнi хмарового шару планети дозволяють дистанцiйно вивчати процеси у внутрiшнiх шарах глибоких атмосфер планет-гiгантiв, дослiджувати їх внутрiшню будову. При цьому, iнерцiйнi приграничнi шари коло будь-якого стрибка густини в атмосферi планети можуть збуджувати iнерцiйнi моди в атмосферi. Показана принципова можливiсть утворення в атмосферах планет-гiгантiв iнерцiйних хвиль довжиною порядку радiуса Россбi.

Автором запропонована i обгрунтована iдея, що перша нестiйкiсть типу вихорiв Тейлора, що проявляється в тонкошаровiй сферичнiй течiї Куетта, є вiдповiдальною за спостережувану зональну структуру на Юпiтерi. Наслiдком цього стало визначення глибини газової атмосфери планети (h=16270км) i значення ефективного коефiцiенту кiнематичної в'язкостi для крупномасштабного перемiшування атмосфери Юпiтера (K<1.9?1011 cм2с-1).

На пiдставi гiдродинамiчного дослiдження розповсюдження хвильового збурення в обертовiй рiдинi показано, що свiтлi антициклонiчнi вихорi на широтах +47о i -41о становлять зовнiшнiй прояв квазiперiодичних збурень, що генеруються в iнерцiйному приграничному шарi Юпiтера в екваторiальнiй областi на рiвнi в атмосферi R=0.765rю. Знайденi межi допустимих значень перiодiв цих хвильових збурень Td=(50-150)Tю для атмосфери Юпiтера. Виконанi оцiнки товщини iнерцiйного приграничного шару, в якому збуджуються iнерцiнi коливання в атмосферi Юпiтера, що дозволило незалежним способом визначити значення ефективного коефiцiєнту кiнематичної в'язкостi його атмосфери K=(0.6-5.7)?1011 (см2с-1), що характеризує крупномасштабне перемiшування.

В зв'язку з тим, що знайдена нами величина вертикальної швидкостi wo=(10-50)см/c є iндикатором процесiв утворення i розпаду хмарових шарiв на планетi (вiдбувається змiна альбедо хмар планети з перiодами, якi спiвпадаюь iз значеннями, з якими вiдбувається змiна вертикальної швидкостi), - ми запропонували i обгрунтували iдею, що такий процес коливань хмаротворчої дiяльностi може бути спостережним способом для реєстрацiї рiзноманiтних коливальних процесiв в атмосферах планет при наявностi перiодичної змiни в швидкостi вертикального перемiщення повiтряних мас через iснування радiальних осциляцiй (власних коливань) планетних атмосфер.

Для спостережного вiдкриття варiацiй блиску атмосфер Юпiтера i Сатурна автором була розроблена спецiальна методика спостережень, яка дозволила роздiлити осциляцiї прозоростi атмосфери Землi i коливання блиску вiд небесних об'єктiв, обгрунтовано вибiр вiдповiдних спектральних дiапазонiв для реєстрацiї власних коливань, проведенi необхiднi спостереження, створено i старанно дослiджено на численних прикладах необхiдне програмне забезпечення. Математичний спектральний та перiодогрмний аналiз спостережних рядiв даних по електрофотометрiї дiлянок дискiв Юпiтера і Сатурна дозволив нам з достовiрнiстю краще 90% виявити значення перiодiв T=103, 137, 142 i 179 хвилин, якi спiвпадають з величинами перiодiв власних коливань атмосфер Юпiтера i Сатурна.

Із викладеного вище слiдує висновок про те, що дослiдження варiацiй оптичних, фiзичних, кiнематичних та iн. характеристик планетних атмосфер шляхом вивчення їх вiдбивних, поглинальних i випромiнювальних властивостей представляє собою дуже важливий i перспективний напрямок в планетологiї.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ РОБОТИ

1. Фотометричнi i спектрофотометричнi данi про варiацiї вiдбивної здатностi окремих дiлянок дискiв Юпiтера i Сатурна, блиску всього диска Юпiтера та спостережнi данi про розподiл яскравостi вздовж окремих широтних поясiв i вздовж центрального меридiана Юпiтера в рiзних довжинах хвиль спектрального iнтервала 300-800нм за 593 ночi наших спостережень в перiод часу 1977-1995рр.

2. Виявлення в змiнi iнтегрального блиску Юпiтера у видимому свiтлi прояву 22.3-рiчного Хейловського магнiтного циклу Сонячної активностi і наявностi вiкових змiн блиску планети з перiодом близько 180 рокiв.

3. Виявлення циклiчностi в змiнах запропонованого нами фактора активностi (вiдношення яскравостей пiвнiчної та пiвденної тропiчних зон) пiвкуль Юпiтера з перiодом 11.86 рокiв, що вперше дозволило вказати на iснування сезонної перебудови в атмосферi Юпiтера.

4. Результати розрахункiв по визначенню оптичних параметрiв верхнiх шарiв атмосфери на рiзних широтах Сатурна i порiвняльний аналiз отриманих характеристик для двох послiдовних моментiв рiвнодень планети в 1966 i в 1980рр. в рамках двошарової моделi атмосфери.

5. Оцiнки динамiчних i кiнематичних параметрiв та характерних масштабiв для атмосфери Юпiтера на пiдставi гiдродинамiчного дослiдження розповсюдження хвильових збурень в моделi атмосфери, що обертається навколо власної осi, та виходячи з аналiзу рiвняння неперервностi в нормовано критерiальному виглядi.

6. Результати математичного спектрального аналiзу спостережних даних, одержаних iз поставленої i виконаної нами програми спецiальних спостережень по патрулюванню за змiнами прозоростi земної атмосфери в експедицiї на горi Майданак (висота 2750м).

7. Результати математичного спектрального аналiзу спостережних рядiв даних по спектроелектрофотометрiї окремих дiлянок на дисках Юпiтера i Сатурна, якi вперше дозволили нам iз достовiрнiстю краще 90% виявити значення перiодiв T=103, 137, 142 i 179 хвилин, якi спiвпадають з теоретичними величинами перших двох гармонiк власних коливань атмосфер Юпiтера i Сатурна.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Видьмаченко А.П. Отражательная способность южной экваториальной области Сатурна в 1977-1981гг. // Астрон. вестник. - 1984. - Т.12, No 3. - С.191-198.

2. Видьмаченко А.П. Электрофотометрия Сатурна. II. Спектральное распределение яркости вдоль центрального меридиана // Астрометрия и астрофизика. -1984. - No 51. - С.56-62.

3. Видьмаченко А.П., Стеклов А.Ф., Миняйло Н.Ф. О возможном периоде активности на Юпитере. Сезоны? // Письма в астрон. журнал. - 1984.- Т.10, No 9. - С.691-695.

4. Видьмаченко А.П. Об активности процессов в атмосфере Юпитера // Кинематика и физика неб. тел. - 1985. - Т.1, No5.- С.91.

5. Видьмаченко А.П. О возможном влиянии колец на фотометрические свойства облачного слоя Сатурна // Кинематика и физика неб. тел. - 1985. - Т.1, No 6. - С.12-15.

6. Видьмаченко А.П. Некоторые динамические параметры атмосферы Юпитера // Кинематика и физика небесных тел. - 1986. - Т.2, No 1. С.48-51.

7. Видьмаченко А.П., Селайя Х.А. Фотометрия и спектральные наблюдения Сверхновой 1987А // Кинематика и физ.неб. тел. - 1988. - Т.3, No3. - С.89-91.

8. Видьмаченко А.П. Наблюдения Сверхновой в Большом Магеллановом облаке//Кинематика и физ.неб.тел.-1987.-Т.3,No5.-С.84-85.

9. Видьмаченко А.П.Проявление сезонных изменений в атмосфере Сатурна. //Кинематика и физика неб.тел.-1987.-Т.3, No6.-С.10-12.

10. Видьмаченко А.П. Наблюдаемые проявления внутренних волновых процессов в атмосфере Юпитера // Кинематика и физика неб. тел. - 1988. - Т.3, No 4. - С.40-46.

11. Видьмаченко А.П., Гнедин Ю.Н., Ларионов В.М., Ларионова Л.В. Поляриметрия серхновой 1987А: наблюдения и интерпретация // Письма в астрон. журнал. - 1988. - Т.14, No5. - С.387-395.

12. Видьмаченко А.П., Архаров А.А., Гнедин Ю.Н. Четырехцветная фотометрия сверхновой 1987А на стадии падения ее блеска // Письма в астрон. журнал. - 1988. - Т.14, No 8. - С.692-694.

13. Gnedin Yu., Naumov V., Vidmatchenko A.P., Larionov V. Astrometry, photometry and spectropolarimetry of SN1987A // Adv. and Space Res. - 1988. - V.8, No 2-3. - P.(2)691-(2)694.

14. Видьмаченко А.П. 1989 // Поляризационные свойства широтных поясов Юпитера // Кинематика и физика неб. тел. - 1989. - Т.5, No4. - С.45-47.

15. Розенбуш В.К., Рспаев Ф.К., Чурюмов К.И., Видьмаченко А.П., Городецкий В.Д. Вариации скорости образования газа и пыли в комете Галлея // Письма в астрон.журнал. - 1989. - Т.15, N4. -С.358-367.

16. Видьмаченко А.П., Розенбуш В.К., Чурюмов К.И. Исследование периодичностей в скорости образования газа и пыли в комете Р/Галлея в октябре-декабре 1985г. // Астрон. журнал. - 1990. - T.67, No 3. - С.636-641.

17. Видьмаченко А.П. Планеты-гиганты: теоретические и наблюдательные аспекты//Астрон. вестник.-1991.- T.25, No 3.- С.277-292.

18. Видьмаченко А.П. Изменение блеска небесных объектов при астрономических наблюдениях на горе Майданак // Кинематика и физика неб. тел. - 1994. - T.10, No 5. - С.62-68.

19. Видьмаченко А.П. Оседание пыли в атмосфере Юпитера после падения фрагментов кометы Шумейкера-Леви // Кинемат. и физика неб. тел. - 1995. - T.11, No 4. - С.21-24.

20. Розенбуш В.К., Таращук В.П., Киселев Н.Н., Чернова Г.П., Лютый В.М., Видьмаченко А.П. Фотометрия и поляриметрия кометы Остина 1982 VI // Астрон. вестник. - 1997. - T.31, No6.- С.504-515.

21. Видьмаченко А.П. Вариации метанового поглощения в атмосфере Юпитера // Кинематика и физика неб.тел.-1997.-T.13,No 6.-С.26-32.

1. б) в нереферованих наукових періодичних фахових виданнях, спеціалізованих наукових збірниках, препринтах:

2. 22.Видьмаченко А.П. Сезонное изменение метанового поглощения в атмосфере Сатурна // Астрон.циркуляр. -1984. - No1331. -С.1-2.

22. Видьмаченко А.П., Довгопол А.Н., Клименко В.М., Шавловский В.И. Прозрачность земной атмосферы на г.Майданак по наблюдениям 1977-1985гг. I. Средние за ночь значения коэффициента прозрачности. - К.: 1985. - 14с. (Препр./Деп. в ВИНИТИ; No 6251-85).

23. Видьмаченко А.П., Довгопол А.Н., Клименко В.М., Шавловский В.И. Спектральные значения коэффициента прозрачности земной атмосферы на горе Майданак // Методы повышения эффективности оптических телескопов. - М.: Изд-во МГУ. 1987. - С.51-60.

24. Стеклов А.Ф., Колотилов Н.Н., Видьмаченко А.П. Астрономические аспекты теории происхождения жизни. К.:1997.-23с. (Препр. НАН Украины. Главная астрон. обсерватория; ГАО-98-1Р).

3. в) в працях наукових з'їздів, конференцій:

25. Rozenbush V.K., Rspaev F.K., Churiumov K.I., Vidmatchenko A.P., Gorodetsky V.D. Variations of the gas and dust produktion rates of comet P/Halley (1986 III) // Comets in the post Halley era. - Bamberg: FRG, 1989. - P.280-281.

26. Vidmatchenko A.P. Brightness variations of Jupiter, Saturn and transparency variations of the Earth atmosphere // Bulletin of the american Astronomical society. -1994.- V., No 3. -P.1103.

27. Відьмаченко А.П., Корсунь А.О. Про деякi особливостi обертання Землі та інших планет Сонячної системи, що мають сплющенність // Iнформацiйний бюлетень Української Астрономiчної Асоцiацiї. - No 7. - 1995.- С. 106.

28. Vidmatchenko A.P. Variations of Jupiter's brightness // Inform. bull. of UAA. 1997. No 11. P. 112.

29. Vidmatchenko A.P. On activity of Jupiter's atmosphere // XXIX Lunar and Planetary Science Conference. - Houston, Texas (USA). - 1998. (http: //cass.jsc.nasa.gov/meetings/LPSC98/pdf/ program.pdf/ 1092.pdf). P.1-2.

30. Видьмаченко А.П., Неводовский П.В. Астрономический спектрофотополяриметр, работающий в диапазоне длин волн 330-1070нм // Труды 12 научно-технич. конф. "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение". - М.: ВНИИОФИ. - 1999. С.17-18.

АНОТАЦІЯ

Вiдьмаченко А.П. Перiодичнi змiни параметрiв атмосфер Юпiтера i Сатурна. - Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора фiзико-математичних наук за спецiальнiстю 01.03.03 - Гелiофiзика і фiзика Сонячної системи. - Головна астрономiчна обсерваторiя НАН України, Київ, 1998.

Дитсертацiя присвячена дослiдженню варiацiй оптичних характеристик та фiзичних параметрiв атмосфер Юпiтера i Сатурна на основi отриманих автором нових фотометричних i спектральних спостережних даних за 593 ночi спостережень в 1977-1995рр. При цьому вперше виявлено iснування сезонної перебудови в атмосферах Юпiтера та Сатурна, прояв 22.3-рiчного Хейловського магнiтного циклу Сонячної активностi, наявнiсть вiкових змiн абсолютної зоряної величини Юпiтера з перiодом 180 рокiв. Вперше визначенi динамiчнi i кiнематичнi параметри i характернi масштаби для глибоких шарiв атмосфери Юпiтера iз дистанцiйних астрономiчних спостережень видимого хмарового шару планети. Запропонована і реалiзована на практицi методика спостережень та їх обробки, котра дозволила вперше зареєструвати першi двi гармонiки власних коливань водневогелiєвих атмосфер Юпiтера i Сатурна, - дає пiдставу зазначити про перехiд такого напряму в планетофiзицi як сейсмологiя планетних атмосфер вiд теоретичних розробок в практичну площину дослiджень. Приведенi в дисертацiї результати спостережень використанi при розробцi моделей стандартних атмосфер планет-гiгантiв.

Ключові слова: атмосфера Юпітера, атмосфера Сатурна, атмосфера Землі, фотометрія, спектрофотометрія, власні коливання.

ABSTRACT

Vid'machenko A.P. Periodical variations of Parameters of Jupiter's and Saturn's Atmosphere. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 01.03.03 - Geliophysics and physics of Solar system. The Main astronomical observatory of National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 1998.

The dissertation is devoted to research of variations of the optical characteristics and physical parameters of Jupiter's and Saturn's atmospheres on the basis of received by the author new photometrical and spectral observational data obtained for 593 nights in period 1977-1995. Existence of seasonal reorganization in Jupiter's and Saturn's atmospheres, existence of 22.3 years a magnetic Hale cycle of solar activity, availability of century changes of a whole Jupiter's disk brightness with a period of 180 years is revealed for the first time. The dynamic and kinematic parameters and characteristic scales for deep layers of Jupiter's atmosphere from remote astronomical observations of visible layer of a planet's cloud are determined for the first time. We propoused the observational method and data reduction procedure which the first two harmonics of free oscillations for Jupiter's and Saturn's atmospheres have allowed to register for the first time. Therefore such science direction in planetary physics as seismology of planetary atmospheres is taking from theoretical development to practical plane of researches. Represented in dissertation observational data were used for construction of standard atmospheres models of giant planets.

Key words: atmosphere of Jupiter, atmosphere of Saturn, atmosphere of Earth, photometry, spectrophotometry, free oscillation.

АННОТАЦИЯ

Видьмаченко А.П. Периодические изменения параметров атмосфер Юпитера и Сатурна. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.03.03 - Гелиофизика и физика Солнечной системы. - Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 1998.

В настоящей Диссертации из анализа наблюдательных данных, полученных автором в период с 1977 по 1995гг., и многочисленных наблюдательных данных, полученых другими исследователями атмосфер планет-гигантов, проведено тщательное иследование по выявлению периодических вариаций оптических характеристик, отражательных и/или излучательных свойств атмосфер Юпитера и Сатурна, по определению физических параметров облачного слоя и надоблачной дымки, - которые могут быть ответствены за наблюдаемые изменения; выполнено сопоставление зарегистрированных им периодических вариаций оптических характеристик планетных атмосфер со значениями периодов, с которыми происходят изменения разнообразных возмущающих сил, и которые могут быть первопричиной наблюдаемых вариаций. Из наблюдений Юпитера и Сатурна в широком спектральном диапазоне впервые выявлены сезонные вариации оптических, кинематических и т.п. характеристик атмосфер этих планет-гигантов. Из анализа многолетних наблюдательных данных об изменении интегрального блеска Юпитера в видимом свете обнаружено проявление 22.3-летнего Хейловкого магнитного цикла Солнечной активности и наличие вековых изменений абсолютной звездной величины Юпитера с периодом около 180 лет. Показано, что введенное нами отношение яркостей южной и северной тропических зон Юпитера как фактора фотометрической активности полушарий планеты изменяется с периодом 11.86 лет. Это говорит о существовании сезонной перестройки в атмосфере Юпитера. Вычисления для моментов равноденствий 1966 и 1980гг. в рамках двухслойной модели атмосферы Сатурна показали, что только что вышедшие из тени колец широтные пояса отличаются от других поясов значениями рассеивающей составляющей оптической толщины надоблачного газового слоя, объемной концентрации облачного аэрозоля и мнимой части показателя преломления облачных частиц. В зимнем полушарии (южном до 1966г. и северном до 1980г.) облачный слой является более разреженным и его верхняя граница находится в нем на большей высоте, чем в полушарии, "пережившем" до этого летний сезон. "Зимние" экваториальные области Сатурна отличаются от других широтных поясов повышенным количеством сильно поглощающей цветной примеси. Автором предложена и реализована методика изучения сезонных процессов в атмосферах планет-гигантов на коротких интервалах времени.

Показано, что наблюдения видимой поверхности облачного слоя планеты позволяют дистанционно изучать процессы во внутренних слоях протяженных атмосфер планет-гигантов, исследовать их внутреннее строение. Автором предложена и обоснована идея, что первая неустойчивость типа вихрей Тейлора, проявляющаяся в тонкослойном сферическом течении Куэтта, отвественна за наблюдаемую зональную структуру на Юпитере. Это позволило определить глубину газовой атмосферы планеты (h=16270км) и значение эффективного коэффициента кинематической вязкости для крупномасштабного перемешивания атмосферы Юпитера. На основании гидродинамического исследования распространения волнового возмущения во вращающейся жидкости показано, что светлые антициклонические вихри на широтах +47 и -41 представляют собой внешнее проявление квазипериодических возмущений (с периодами Т=(50-150)Тю), которые генерируются в инерционном пограничном слое Юпитера в экваториальной области на глубине около 16270 км.

Показано, что найденное автором значение вертикальной скорости w=30см/с перемещения атмосферных масс служит отличным индикатором процессов образования и разрушения облачных слоев на планете (должно происходить изменение отражательной способности облаков планеты с периодами, совпадающими со значениями, с которыми происходит изменение вертикальной скорости). В связи с этим предложена и обоснована идея, что такой процесс колебаний облакообразовательной деятельности является наблюдательным методом для регистрации разнообразных колебательных процессов в атмосферах планет при наличии периодического изменения в скорости вертикального перемещения воздушных масс из-за существования радиальных осцилляций (собственных колебаний) планетных атмосфер. Для наблюдательного обнаружения вариаций блеска атмосфер Юпитера и Сатурна автором разработана специальная методика наблюдений, позволившая разделить осцилляции прозрачности атмосферы Земли и колебания блеска от небесных объектов, обоснован выбор соответствующих спектральных диапазонов для регистрации собственных колебаний, проведены необходимые наблюдения, создано и тщательно исследовано на многочисленных примерах необходимое программное обеспечение. Тщательный анализ наблюдательных рядов данных по спектральной электрофотометрии участков диска Юпитера и Сатурна позволил с достоверностью лучше 90% выявить значения периодов T=103, 137, 142 и 179мин., которые совпадают с величинами периодов собственных колебаний атмосфер Юпитера и Сатурна.

Ключевые слова: атмосфера Юпитера, атмосфера Сатурна, атмосфера Земли, фотометрия, спектрофотометрия, собственные колебания.

Размещено на Allbest.ru