Тепловое излучение как ключ для изучения нижней атмосферы и поверхности Венеры

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-72-01064

НазваниеТепловое излучение как ключ для изучения нижней атмосферы и поверхности Венеры

Руководитель Евдокимова Дарья Геннадьевна, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук , г Москва

Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-703 - Солнце и Солнечная система

Ключевые слова Венера, спектроскопия, атмосфера, поверхность, облачный слой, аэрозоль, дистанционное зондирование, климат

Код ГРНТИ41.19.21

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основная масса плотной атмосферы Венеры - внутри и ниже облачного слоя (47-70 км) - определяет химические процессы и состав газа и аэрозоля над облаками, в наиболее исследованной части атмосферы планеты. Состав же нижней атмосферы до настоящего времени исследован недостаточно подробно из-за непрозрачности облачного слоя в широком спектральном диапазоне, а также сильного поглощения углекислым газом при высоком давлении и температуре: +475°C, 92 бар у поверхности. Углекислый газ и водяной пар, наиболее эффективно поглощающие ИК излучение, обуславливают катастрофический парниковый эффект, так разогревающий поверхность планеты. Открытым является вопрос формирования облаков и их наблюдаемой изменчивости. Водяной пар является необходимым для формирования облачного аэрозоля, состоящего из водного раствора серной кислоты высокой концентрации. Этот процесс протекает выше 60 км, но механизм переноса вещества из нижней атмосферы в верхнюю до настоящего времени не установлен, как и взаимосвязь аэрозоля с содержанием водяного пара в нижней атмосфере. После открытия в прошлом веке большого количества вулканов на Венере, а также вулканических пород, продолжается поиск доказательств вулканической активности на поверхности планеты. Сложность такого исследования заключается в том, что излучательная способность поверхности Венеры неизвестна, а тепловое излучение экранировано облачным слоем и плотной атмосферой. Вариации содержания малых газовых составляющих потенциально вулканического происхождения, как водяной пар, и изменения яркости поверхности могут проявить текущую вулканическую активность на поверхности планеты. Дистанционно исследовать упомянутые параметры и процессы можно в узких «окнах прозрачности» - спектральных интервалах в ближнем инфракрасном диапазоне между сильными полосами поглощения углекислого газа, в которых тепловое излучение поверхности и нижней атмосферы достигает верхней границы атмосферы. Такие наблюдения - одна из приоритетных задач будущей российской космической миссии «Венера-Д». Российский инфракрасный (ИК) спектрометр СПИКАВ-ИК (англ., SPICAV - SPectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Venus), часть европейской космической миссии «Венера-Экспресс», — единственный прибор, который измерял тепловое излучение Венеры в спектральных «окнах прозрачности» 1.0, 1.1, 1.18, 1.27 и 1.31 мкм в течение беспрецедентного 8-летнего периода (2006-2014 гг) с высокой разрешающей способностью ~1400. Уникальная база данных СПИКАВ-ИК, насчитывающая десятки тысяч спектров, впервые будет использована в полной мере для анализа не только атмосферы, но и поверхности планеты. Настоящий проект направлен на анализ содержания и изменчивости водяного пара в подоблачной атмосфере, облачного слоя, излучательной способности и поиска изменений яркости поверхности. Свойства поверхности планируется изучать по «окнам прозрачности» 1.0, 1.1 и 1.18 мкм, а содержание водяного пара будет восстановлено по его полосе поглощения в диапазоне 1.1-1.8 мкм. Рассеяние в облачном слое модулирует интенсивность излучения всех «окон прозрачности». Для решения поставленных задач планируется разработать теоретическую модель радиационного переноса для 5 окон прозрачности. Теоретическое исследование также ответит, с какой точностью возможно изучение характеристик излучательной способности поверхности, какие параметры модели должны быть уточнены будущими экспериментами. Данные и алгоритмы, полученные в результате выполнения данного проекта могут быть использованы при определении научных задач во время текущей разработки российской миссии “Венера-Д”, а также при интерпретации будущих результатов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Д.Г. Евдокимова, А.А. Федорова, М.С. Жарикова, О.И. Кораблев, Ж.-Л. Берто Venus lower cloud variations by SPICAV-IR/VEX night emission observations and supplemented radiative transfer model ИКИ РАН, Москва, Abstract, The Fourteenth Moscow Solar System Symposium, October 9-13, 2023, Space Research Institute, Moscow, Russia. P. 14MS3-VN-06 (год публикации - 2023)

2. Евдокимова Д.Г., Федорова А.А., Жарикова М.С., Кораблев О.И., Берто Ж.-Л. Вариации облаков и содержание H2O в нижней атмосфере Венеры по данным наблюдений СПИКАВ-ИК в окнах прозрачности ИКИ РАН, Москва, Материалы 21-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2023. C. 426 (год публикации - 2023)
10.21046/21DZZconf-2023a

3. Дёминова Т.А., Евдокимова Д.Г. Исследование спектроскопических баз данных молекулы СО2 для моделирования окна прозрачности атмосферы Венеры 1 мкм ИКИ РАН, Москва, Сборник тезисов докладов XXI Конференции Молодых Ученых «Фундаментальные и прикладные космические исследования», ИКИ РАН, Москва, 10-12 апреля 2024 г. (год публикации - 2024)

4. Евдокимова Д., Федорова А., Жарикова М., Монмессен Ф., Кораблев О., Соре Л., Горинов Д., Беляев Д., Берто Ж.-Л. Night O2 (a1Δg) airglow spatial distribution and temporal behavior on Venus based on SPICAV IR/VEx nadir dataset Icarus (год публикации - 2025)
10.1016/j.icarus.2024.116417

5. Ведерников М.А., Евдокимова Д.Г, Федорова А.А., Кораблев О.И. Тепловое излучение поверхности Венеры в окне прозрачности 0.8-1 мкм по данным СПИКАВ-ИК КА "Венера-Экспресс" ИКИ РАН, Москва, Сборник тезисов докладов XXII Конференции Молодых Ученых «Фундаментальные и прикладные космические исследования», ИКИ РАН, Москва, 21-23 апреля 2025 г. (год публикации - 2025)

6. Евдокимова Д. Г., Ведерников М.А., Федорова А.А., Жарикова М.С., Кораблев О.И., Монтмессан Ф., Берто Ж.-Л. Изучение тропосферы Венеры по данным наблюдений СПИКАВ-ИК в окнах прозрачности ИКИ РАН, Москва, Материалы 22-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2024. C. 468 (год публикации - 2024)
10.21046/22DZZconf-2024a

7. Евдокимова Д., Федорова А., Жарикова М., Беляев Д., Кораблев О., Берто Ж.-Л. Venus cloud variations and near-surface H2O content in transparency windows observations by SPICAV IR/VEx COSPAR, Abstract, 45th COSPAR Scientific Assembly 2024, July 13-21, 2024, BEXCO, Busan, Korea (год публикации - 2024)

8. Евдокимова Д., Федорова А., Игнатьев Н., Жарикова М., Кораблев О., Монмессен Ф, Берто Ж.-Л. Cloud Opacity Variations from Nighttime Observations in Venus Transparency Windows Atmosphere, 16, 5, 572 (год публикации - 2025)
10.3390/atmos16050572

9. Евдокимова Д., Федорова А., Игнатьев Н., Кораблев О., Монмессен Ф., Берто Ж.-Л. Near-Surface Water Vapor Content Based on SPICAV IR/VEx Observations in the 1.1 and 1.18 μm Transparency Windows of Venus Atmosphere, 16, 6, 726 (год публикации - 2025)
10.3390/atmos16060726

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Был проведен анализ полного набора измерений излучения в окнах прозрачности 1.1 мкм и 1.18 мкм на ночной стороне Венеры, полученных спектрометром СПИКАВ-ИК космического аппарата «Венера-Экспресс» в 2006-2014 гг. Исследовано, какая параметризация линий поглощения H2O необходима для условий высоких температур и давлений нижней атмосферы Венеры для теоретического описания спектра окон прозрачности 1.1 мкм и 1.18 мкм. В результате получены значения относительного содержания водяного пара на высоте около 10 км. Водяной пар распределен однородно в диапазоне широт от 60° ю.ш. до 70° с.ш. Долговременных изменений на временном масштабе 8 лет и вариаций водяного пара в зависимости от местного времени не наблюдается. Впервые проведен анализ спектров 7 окон прозрачности: 0.85, 0.9, 1.02, 1.1, 1.18, 1.28 и 1.31 мкм. Была изучена изменчивость свойств поверхности. Для достижения высокой точности проводилось предварительное усреднение последовательных спектров в тех наблюдениях, где можно пренебречь смещением поля зрения СПИКАВ ИК из-за движения космического аппарата по орбите. 598 наблюдений соответствуют обозначенным требованиям. Получено, что излучательная способность и температура поверхности — коррелирующие параметры, и невозможно их одновременное получение. Задача решалась для каждого параметра в отдельности, излучательной способности или изменения температура поверхности (ΔT), когда второй параметр фиксировался. Получено среднее географическое распределение излучательной способности восстановленной при ΔT=0, а также среднее отклонение T для излучательной способности 0.85. Обнаружена область более низких значений параметров в районе Альта и более высоких в районе равнины Тахмины. Другие отклонения получены в индивидуальных наблюдениях и могут быть объяснены погрешностью измерений. На основании полученных данных также исследовались изменения при повторяющихся измерениях определенных областей. Значимых вариаций для таких наблюдений, которые можно было бы связать с текущей вулканической активностью обнаружено не было.

Публикации