Структурні властивості поверхні Венери за даними радіолокаційної зйомки космічного апарата "Магеллан"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна

УДК 523. 42-83: 520. 88

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Структурні властивості поверхні Венери за даними радіолокаційної зйомки космічного апарата “Магеллан”

01. 03. 02 - астрофізика, радіоастрономія

Вдовиченко Роман Васильович

Харків-2001

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

анізотропія поверхня венера

Актуальність теми. Венера найбільш близька до Землі за розміром і середньою густиною, проте, значні відмінності фізичних умов на Венері і Землі призводять до суттєвих розходжень фізичних процесів, які відбуваються на поверхнях цих планет. Вивчення цих процесів є важливим для розуміння розвитку планет земної групи.

Потужна атмосфера Венери заважає дистанційному вивченню поверхні в оптичному діапазоні. Основним джерелом інформації про поверхню Венери є дані, отримані за допомогою наземних радіоастрономічних і космічних радіолокаційних і радіометричних експериментів. Найбільш докладними та цінними даними зараз є дані космічного апарата (КА) “Магеллан”, з борту якого проведено радіолокаційне і радіофізичне картографування практично всієї поверхні Венери з високою роздільною здатністю.

Дані КА “Магеллан” дозволяють проводити якісний геологічний аналіз венерианської поверхні - цій темі присвячено велику кількість робіт. При цьому, мало уваги приділяється кількісному аналізу радарних і радіофізичних даних, хоча цілком очевидна перспективність таких досліджень. Цю дисертацію присвячено частковому заповненню вказаного пробілу. У дисертаційній роботі проведено кількісний аналіз даних КА “Магеллан”, щоб визначити їхній зв'язок із структурними і фізичними властивостями поверхні Венери.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота входить у план бюджетної НДР АО ХНУ (№ держреєстрації 0199U004417), а також включена в плани міжнародних робіт, що ведуться АО ХНУ разом зі вченими США і Фінляндії.

Мета і задачі дослідження. Основною метою даної роботи є отримання кількісної інформації про взаємозв'язок радарних і радіофізичних властивостей поверхні Венери з її структурними характеристиками за даними КА “Магеллан”. У число розглянутих задач входить:

аналіз анізотропії радіолокаційних властивостей поверхні;

морфометричні дослідження малих пагорбів;

аналіз випромінювальної здатності поверхні.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше виявлені численні зони слабкої анізотропії перетину зворотного розсіяння на поверхні Венери. За допомогою моделі радарного відгуку поверхні з анізометричним рельєфом, вперше отримані кількісні оцінки характеру анізометрії рельєфу, який міг би відповідати за анізотропію що спостерігається. Зокрема, вперше показано, що в зонах сильної анізотропії повинні бути поширені схили з крутістю наближеною до кута осипання (>30°).

Методи визначення висот малих пагорбів уперше застосовані для систематичних морфометричних вимірів. Вперше проведена практична оцінка точності цих методів. Запропоновано новий радарклинометричний метод визначення висоти пагорбів. Цей підхід дає надійні оцінки висот пагорбів. У результаті вперше кількісно доведено систематичні розходження між радарними яскравостями і розмірами пагорбів, що належать до різних груп. Запропоновано простий спосіб визначення перетину зворотного розсіяння поверхні пагорбів за їхніми радарними зображеннями.

На основі аналізу радіометричних даних вперше доведено існування різниці між діелектричною проникністю матеріалу тессер і рівнин. Визначено, що діелектрична проникність тессер на 20 - 40% нижча, ніж рівнин.

Практичне значення одержаних результатів. Детальні дослідження радіолокаційних властивостей поверхні Венери дозволяють краще зрозуміти фізичні процеси, що призводять до формування рельєфу поверхні. Зокрема, на основі аналізу дрібномасштабного рельєфу, утвореного сипучим матеріалом під впливом еолових процесів, можна робити висновки щодо напрямку і сили вітру біля поверхні Венери, а також про матеріал, що бере участь в утворенні такого типу рельєфу.

Вивчення характеристик пагорбів (малих вулканів) дають цінну інформацію про умови формування венерианської поверхні - шорсткість поверхні лав, що сформували вулкан, в'язкість і швидкість виверження лав, наявність пірокластичних відкладень на схилах вулканів тощо.

Дані про різницю діелектричної проникності рівнин і тессер дозволяють робити припущення про різницю в умовах формування цих типів місцевості, а також про можливий хімічний склад рівнин і тессер Венери.

Отримані результати матимуть велику цінність для вибору місць посадок майбутніх місій до Венери.

Особистий внесок здобувача. За даними КА “Магеллан”, автором дисертації побудовані карти різниці радарної яскравості при локації поверхні з заходу і зі сходу, для трьох різних областей Венери. На цих картах були виявлені численні зони слабкої анізотропії зворотного розсіяння поверхні Венери. Автором була розроблена проста модель для радарного відгуку поверхні з дрібномасштабним несиметричним рельєфом, за допомогою якої проведено кількісний аналіз зон сильної і слабкої анізотропії. Разом з М. О. Креславським проводився аналіз зон сильної та слабкої анізотропії, і обговорювалися причини появи цих зон на поверхні Венери.

Автором дисертації проведені систематичні оцінки висот пагорбів. Автором розроблено спосіб моделювання радарних зображень пагорбів і проведено оцінку висот пагорбів за допомогою розробленої моделі. Разом з М. О. Креславським проводився аналіз відмінностей між окремими пагорбами та між групами пагорбів на поверхні Венери. Автором знайдено різницю між радарними яскравостями пагорбів, що належать до різних груп.

Автором виконані роботи з обробки радіометричних даних для різних типів рівнин і ділянок тессер на Венері, і проведено порівняння цих даних з даними, отриманими у процесі математичного моделювання.

Автор брав активну участь у постановці основних задач досліджень і написанні статей і тез доповідей.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися на 24, 30 міжнародних конференціях з порівняльної планетології (Москва, 1996, 1999), на 28, 29, 31 наукових конференціях з дослідження Місяця і планет (США, Х'юстон, 1997, 1998, 2000), на міжнародній конференції UKRASTRO - 2000 (Київ), а також на наукових семінарах Астрономічної обсерваторії ХНУ. Матеріали роботи представлялися на семінарі Групи Геології Планет Університету Брауна, США.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 8 робіт, із них 3 статті в наукових журналах і 5 тез доповідей на міжнародних конференціях (результати 2 тез доповідей не викладені в інших публікаціях).

Структура й обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку та списку використаних літературних джерел із 113 найменувань. Загальний обсяг роботи 134 сторінки, містить 24 рисунки і 4 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі проведено кількісний аналіз радіолокаційних та радіометричних даних космічного апарата «Магеллан» для вивчення деяких структурних та фізичних властивостей поверхні Венери. Саме аналіз спостережень та їх інтерпретація, а не точне моделювання процесів відбиття електромагнітних хвиль поверхнею, були головною метою дисертаційної роботи.

У вступі обгрунтовано актуальність теми, мету та задачі роботи, наукову новизну та практичну цінність досліджень, перелічено конкретні наукові результати, що отримані автором дисертації.

Перший розділ, “Радіолокаційні дослідження поверхні Венери (огляд) ”, присвячено огляду робіт із радіолокації Венери різними методами і кількісного аналізу даних, що отримані в результаті цих експериментів. Також розглянуто роботи, що стали опорними у виборі напрямків досліджень цієї дисертаційної роботи.

Увага приділяється огляду радіолокаційних експериментів, проведених за допомогою КА “Піонер - Венера”, автоматичних міжпланетних станцій “Венера - 15, -16” і особливо КА “Магеллан”. Детально розглянуто схему і методику проведення радарних експериментів на КА “Магеллан” у трьох режимах роботи радіолокаційної системи: радара бічного огляду із синтезованою апертурою, радарного альтиметра і радіометра.

Розглянуто застосування даних, що отримані у ході експериментів, до рішення деяких задач, що пов'язані з кількісним аналізом структурних і фізичних властивостей поверхні Венери.

Особлива увага приділяється трьом напрямкам досліджень, що пов'язані з отриманням інформації про зв'язок радіолокаційних властивостей поверхні Венери з її структурними властивостями, а саме: аналізу анізотропії радіолокаційних властивостей поверхні, морфометричним дослідженням малих пагорбів, аналізу випромінювальної здатності поверхні. Розглянуто результати, що отримані в попередніх дослідженнях, обгрунтовано доцільність подальшого розвитку цих напрямків.

Другий розділ, “Дослідження і аналіз причин анізотропії зворотного розсіяння поверхні Венери за даними РСА КА ”Магеллан””. У цьому розділі описано виявлення поширеної слабкої (до 2 дБ) анізотропії зворотного розсіяння, розглянуто причини, які відповідають за анізотропію. На основі простої моделі для радарного відгуку поверхні з дрібномасштабним несиметричним рельєфом, проводиться кількісний аналіз зон анізотропії.

Радар з синтезованою апертурою (РСА) КА “Магеллан” в різних циклах зйомки мав різний напрямок огляду: у 1-му циклі проводилася локація з заходу, а в 2-му циклі - із сходу. Це дало можливість одержати інформацію про східно-західну асиметрію структури венерианської поверхні. У широтній зоні поблизу 45° півд. ш. у 1-му і 2-му циклах кути падіння РСА були однакові і дорівнювали приблизно 25°. Для цієї широтної зони для тих довгот, де були дані і по 1-му і по 2-му циклах (від 48 с. д. до 204 с. д.), були побудовані карти різниці радарної яскравості при локації з заходу і зі сходу. Картографувалася величина відношення нормованих перетинів зворотного розсіяння за даними 1-го і 2-го циклів, її наведено в логарифмічних одиницях (дБ). Ця величина в роботі називається “різницею”.

На побудованій карті в рівнинних областях широко поширені області позитивної і негативної різниці, пов'язані з асиметрією поверхні в напрямку схід - захід. Аналіз можливих причин анізотропії показав, що імовірною причиною її формування є несиметричний дрібномасштабний рельєф, наприклад, нерозрізнимі на радарних зображеннях поля мікродюн. Варіації різниці не перевищують 2 дБ, тобто вони значно менші, ніж виявлені Вайц і ін. [1] у трьох невеликих областях сильної анізотропії (8 - 9 дБ). Припущення про те, що вся анізотропія що спостерігається сформована еоловими утвореннями, не суперечить спостереженням. Проте, у деяких випадках інші причини (наприклад, вулканічні та тектонічні процеси), що викликають асиметрію рельєфу, також не можуть бути виключені.

Щоб оцінити кількісно, якого роду асиметричний дрібномасштабний рельєф може призвести до анізотропії зворотного розсіяння, що спостерігається, розглянуто просту модель поверхні з “пилкоподібним” рельєфом (рис. 1). Вважалося, що розміри дюн значно менші роздільної здатності (100-200 м), але набагато більші довжини хвилі радарної системи (12 см). Геометрія дюн описується чотирма параметрами (рис. 1) : крутість західного схилу (??, крутість східного схилу (??, азимут осі дюни стосовно орбіти КА () ?і частка поверхні, зайнятої дюнами (f). Перетин зворотного розсіяння такої поверхні обчислювався як сума внесків горизонтальних ділянок, західних схилів і східних схилів. При цьому вважалося, що функція зворотного розсіяння кожної ділянки поверхні є близькою до середньої по поверхні Венери

Найбільша різниця досягається, коли один зі схилів є орієнтований перпендикулярно падаючому променю, тобто кут ? дорівнює куту падіння (для даної роботи 23°), а протилежний схил сильно відрізняється за крутістю, тобто > (круті дюни), або < (пологі дюни). На рис. 2, 1 видно, що пологі дюни дають різницю в 8 - 9 дБ при сильних обмеженнях на параметри моделі ( = , f = 1, = 0), невеликі відходження від цих умов призводять до різкого зниження різниці. У разі крутих дюн різниця в 8 - 9 дБ досягається у більш широкому діапазоні параметрів (рис. 2, 2). Таким чином, сильна анізотропія може бути викликана крутосхильними асиметричними нерівностями, коли один зі схилів за крутістю близький до кута осипання (30° - 35°).

Невеликі (1-2 дБ) значення різниці можуть бути легко досягнуті при різноманітних значеннях параметрів моделі. В деяких місцях ділянки негативної різниці співпадають з дифузними радарно-темними областями, або асоціюються з вітровими смугами, що вказує на роль сипучого матеріалу та еолових утворень в формуванні анізотропії.

Третій розділ, “Морфометрія пагорбів на Венері”, присвячено визначенню морфометричних характеристик малих пагорбів (діаметром < 20 км) на Венері. Метою досліджень у цьому розділі були практична реалізація різноманітних методів визначення висот малих пагорбів за радарними зображеннями, а також їхнє застосування для пошуку розходжень морфометричних характеристик між пагорбами різних груп.

Популяція малих пагорбів на Венері налічує сотні тисяч об'єктів переважно вулканічного походження.

Рельєф поверхні викликає викривлення радарного зображення, пов'язані з тим, що розгортка зображення здійснюється по запізнюванню відбитого сигналу: підвищені ділянки є ближчими до радара і тому на зображеннях зміщаються убік радара. Розмір зміщення залежить від кута падіння зондуючого імпульсу. Якщо є два радарних зображення, отримані при різних кутах падіння, вони утворюють своєрідну стереопару, по якій у принципі можна відновити рельєф.

Такий підхід може бути використано для визначення висот пагорбів на тих ділянках поверхні Венери, для яких існують дані хоча б двох циклів радіолокаційного картографування. Точність визначення висот пагорбів невелика. Роздільна здатність радарних зображень КА ”Магеллан” у широтному напрямку не перевищує 100 м для першого циклу і 200 м для другого і третього циклів. При типових кутах падіння (40° для першого циклу, 25° для другого і третього циклів) це дає помилку визначення висоти близько 150 м для пари зображень першого і другого циклів і більше 300 м для пари першого і третього циклів.

Така точність оцінки висот не дозволяє виконати порівняння висот окремих малих пагорбів, проте порівняння середніх висот для груп пагорбів має сенс.

Близько половини поверхні Венери не охоплено зйомкою другого і третього циклів КА ”Магеллан”. Для цих районів використання описаного вище методу неможливо. Проте, якщо припустити, що пагорб має вісесиметричну форму, його висота може бути оцінена по одному радарному зображенню. Для цього необхідно визначити на радарному зображенні круговий контур пагорба. Формальна точність такої оцінки висот - 120 м, тобто вище, чим формальна точність оцінок по парі зображень. Реальна точність визначення висоти залежить від того, наскільки точно виконується припущення про правильність форми пагорба, тобто від того, наскільки вершина пагорба відхиляється від центру його контуру. При оцінці середньої висоти достатньо великої групи пагорбів зміщення вершин або центральних кратерів до сходу і до заходу рівноімовірні, і усереднення ефективно усуває випадкові помилки, що є наслідком відхилення положення вершини від центру. Таким чином метод оцінки висот за одним радарним зображенням має перевагу при систематичних вимірах.

Якщо відомі рельєф об'єкта, функція зворотного розсіяння його поверхні і геометрія радарного експерименту, можна моделювати радарне зображення об'єкта. Викликає інтерес рішення зворотної задачі: визначення морфометричних параметрів за реальними радарним зображенням пагорба. Це рішення може розглядатися, як ще один метод визначення висот малих пагорбів на Венері.

Найпростіший підхід до рішення зворотної задачі є таким. Припустимо, що пагорб має вісесиметричну форму. Будемо описувати профіль пагорба функцією з єдиним параметром. Підбираючи цей параметр та висоту пагорба, мінімізуємо відмінність реального зображення пагорба від модельного. Щоб оцінити формальну точність цього методу, до модельного зображення пагорба було додано шум, такий самий, як шум на реальних зображеннях. Потім до отриманих моделей застосовувався описаний вище метод. Відхилення отриманих висот від вихідної не перевищували 20 м; оцінка параметра, що характеризує форму пагорба, не відрізнялася більш ніж на 10% від вихідного значення. Тобто, формальна точність такого спрощеного клинометричного методу виявилася значно вищою, ніж формальна точність радарграмметричних методів.

Зрозуміло, як і в попередньому випадку, фактична точність визначається тим, наскільки виконуються припущення, використані для одержання оцінок.

При моделюванні радарних зображень пагорбів виявилося, що осереднена радарна яскравість всього пагорба слабко відрізняється від радарної яскравості горизонтальної поверхні з тими ж радарними властивостями (“власна” радарна яскравість). Радарна яскравість -це перетин зворотного розсіяння віднесений до середнього по планеті при даному куті падіння і виражений в логарифмічних одиницях. Таким чином, достатньо точну оцінку власної радарної яскравості можна одержати дуже простим методом, не відтворюючи рельєф і не роблячи ніяких припущень про функцію зворотного розсіяння, а просто осереднюючи зображення. Власна радарна яскравість поверхні пагорбів може використовуватися для встановлення їхньої приналежності до різних груп.

На рис. 3 показано розміри і середні радарні яскравості пагорбів двох полів. Видно, що радарна яскравість вулканів однієї групи (трикутники) систематично відрізняється від іншої (кружки). Таким чином, індивідуальні розходження в радарній яскравості і морфології між пагорбами одного поля істотно менші, ніж систематичні розходження між пагорбами різних полів. Це може свідчити про відмінність умов вулканічної активності, і (або) хімічного складу лав.

Четвертий розділ, “Діелектрична проникність матеріалу поверхні тессер на Венері за радіометричними даними КА “Магеллан””. У розділі досліджено розходження в діелектричній проникності рівнин і тессер, а також розглянуті причини, що призводять до цих розходжень.

Поверхня Венери, за винятком аномальних областей на високих гіпсометричних рівнях, розсіює радіовипромінювання квазідзеркально. Це означає, що більша частина енергії падаючого випромінювання розсіюється в напрямках, близьких до напрямку дзеркального відбиття, і лише невелика частина розсіюється в інших напрямках. Цей факт підтверджується численними радарними експериментами. У випадку квазідзеркального розсіяння залежність випромінювальної здатності від кута спостереження близька до добре відомої залежності для плоскої поверхні.

КА «Магеллан» проводив радіометричні виміри поверхні Венери протягом трьох циклів. Кут , під яким вісь антени була нахилена до вертикалі, змінювався в залежності від широти. Ця залежність була різною для 1-го і 2-го циклів. Під час 3-го циклу протягом декількох витків апарат реєстрував випромінювання з вертикальною поляризацією. Всі інші радіометричні виміри зроблено для горизонтальної поляризації. Аналіз радіометричної інформації ускладнюється великими систематичними помилками ( 10%), хоч відносна збіжність послідовних вимірів добра (< 0, 3%).

Виміри випромінювальної здатності при вертикальній поляризації дають істотну додаткову інформацію. Смуга, покрита радіометричними вимірами при вертикальній поляризації проходить із півночі на південь приблизно посередині східної півкулі планети. У межах цієї смуги було знайдено області, що задовольняють наступним умовам. (1) У них є достатньо великі близькорозташовані геологічно однорідні ділянки типових рівнин і типових тессер. (2) Вони лежать на достатньо низьких гіпсометричних рівнях (тобто не виявляють аномальних радіофізичних властивостей, що спостерігаються в гірських районах Венери). (3) І для тессер і для рівнин є достатня кількість відліків випромінювальної здатності всіх трьох циклів. Тільки одна область задовольняє всім трьом умовам. Вона включає південно-західну частину тессери Шимті і прилягаючі рівнини.

Відібрані в цій області відліки випромінювальної здатності для рівнин і тессер було осереднено для кожного циклу. Відношення середніх випромінювальних здатностей тессер і рівнин є вільні від систематичних помилок. Вони були основою подальшого аналізу.

Шорсткість рівнин практично не впливає на випромінювальну здатність в аналізованому діапазоні кутів спостереження. Тому при аналізі випромінювальної здатності для рівнин було застосовано просту модель дзеркального відбиття. Для моделювання випромінювальної здатності тессер було використано широкий клас двомасштабних моделей, спрощених в порівнянні до [2]. Моделі включали відбиття великомасштабною слабо-шорсткою поверхнею та дифузний компонент.

Систематичні помилки не дають можливості обчислити діелектричну проникність рівнин p точно; при самих песимістичних оцінках помилок, p лежить у межах 3 - 6. Задаючись деяким значенням для рівнин з цього інтервалу, було обчислено значення випромінювальної здатності для моделі дзеркального розсіяння. Задаючись деяким набором параметрів моделі випромінювальної здатності для шорсткуватої поверхні тессер, можна обчислити відношення випромінювальних здатностей для тессер і рівнин і порівняти з даними вимірів. Як приклад на рис. 4 дані порівнюються з результатами розрахунків для моделі без дифузійної добавки для p = 4. На графіку видно згоду моделі і спостережень для випадку, що відповідає діелектричній проникності тессер t = 2, 8, тобто на 30% менше, чим p. Різні комбінації квазідзеркального розсіяння і дифузного компонента при характерному нахилі поверхні менше 5°, також дає гарну згоду з даними при t = 2, 8. У той же час ніякі комбінації параметрів моделі з характерним нахилом істотно більше 5°, або з t > 3 не дають згоди зі спостереженнями. Таким чином, співставлення моделі із спостереженнями дає певне співвідношення діелектричної проникності матеріалу тессер і рівнин. При інших значеннях p в інтервалі 3 - 6 спостерігається настільки ж добра згода і подібні значення параметрів шорсткості. При збільшенні p розходження між t і p декілька зменшуються, досягаючи 20% при p = 6.

Отримані в ході моделювання параметри шорсткості узгоджуються з радіолокаційними даними. Таким чином, незалежно від вибору p і конкретної моделі шорсткості поверхні, у досліджуваній області діелектрична проникність поверхневого матеріалу тессери на 20-40% нижче, чим діелектрична проникність поверхневого матеріалу прилягаючих рівнин. Оскільки по своїй морфології і радіолокаційних властивостях рівнини і тессери в досліджуваному районі є типовими, представляється розумним поширити цей висновок і на інші тессери.

Найбільш очевидним припущенням про знижену величину для тессер є припущення про відмінність хімічного складу. Рівнини Венери, як випливає з геологічних аргументів, складені базальтами.

Ніколаєва та ін. [3] висловили й аргументували гіпотезу про те, що тессери є ділянками кори континентального типу, що має полевошпатовий або подібний склад. Розходження (30%), що спостерігаються, у діелектричній проникності між тессерами і рівнинами, узгоджуються з цією гіпотезою кількісно. Іншим імовірним поясненням фізичне і (або) хімічне вивітрювання поверхневого шару. Поверхня тессер старіша, ніж поверхня рівнин, і вивітрювання могло змінити їхню поверхню сильніше і (або) на більшу глибину. Або ж більш стара поверхня тессер перенесла епоху, у якій клімат Венери істотно відрізнявся від сучасного і забезпечував інший режим вивітрювання. Це пояснення не заперечує припущенню про різницю хімічного складу.

У висновках перелічені основні результати, які були отримані у цій роботі.

Досліджено азимутальну анізотропію перетину зворотного розсіяння за даними, отриманим КА “Магеллан”, для трьох великих областей на поверхні Венери. Виявлено, що часто поверхня Венери виявляє анізотропію радарних властивостей, обумовлену несиметричним дрібномасштабним рельєфом поверхні.

Запропоновано просту модель радарного відгуку для поверхні з несиметричним рельєфом, що дозволяє кількісно аналізувати дані про азимутальну анізотропію радіолокаційних властивостей поверхні Венери.

У ході аналізу виявлено, що в областях сильної анізотропії [1] рельєф має круті схили 30°.

Проведено оцінку точності радарграмметричних методів визначення висот пагорбів на Венері (по одному радарному зображенню і по двох радарних зображеннях). Показано, що їхня точність невелика, проте вони можуть ефективно застосовуватися для визначення середньої висоти груп пагорбів.

Запропоновано радарклинометричний спосіб визначення висоти пагорбів із двома параметрами, що змінюються: висотою і показником, що характеризує профіль пагорба. Цей метод дає більш точні оцінки висоти і може бути корисний при визначенні структурних властивостей пагорбів на поверхні Венери.

Запропоновано простий засіб визначення власної радарної яскравості поверхні пагорбів, не звертаючись до процедури відтворення рельєфу.

Виявлено систематичні розходження в радарній яскравості і розмірах пагорбів, що дозволяють визначити приналежність пагорбів до різних груп і припустити розходження в умовах формування цих груп.

На основі аналізу відношень випромінювальної здатності тессер і рівнин на Венері, отриманої по радіометричним даним КА “Магеллан” у ході трьох циклів зйомки, при різноманітній геометрії спостереження і напрямку поляризації випроміненого сигналу, встановлено, що діелектрична проникність поверхневого шару тессер на 20 - 40% нижче чим діелектрична проникність прилягаючих рівнин. Ці розходження обумовлені зниженою густиною поверхневого шару тессер у порівнянні з рівнинами.

СПИСОК ЦИТОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Weitz C. M., Plaut J. J., Greeley R., Saunders R. S. Dunes and Microdunes on Venus: Why Were so Few Found in the Magellan Data? // Icarus. - 1994. - V. 112. - P. 282 - 295.

Басс Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. - М. : Наука, 1972. - 424с.

Nikolaeva O. V., Pronin A. A., Basilevsky A. T. et al. Are Tesserae the Outcrops of Feldspathic Crust on Venus? // Lunar and Planetary Sci. Conf. 19-th. - Houston (USA). - 1988. - P. 864.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Креславский М. А., Вдовиченко Р. В. Анизотропия свойств поверхности Венеры по данным радара бокового обзора КА “Магеллан” // Астрономический вестник. - 1999. - Т. 33, № 2. - С. 128 - 139.

Креславский М. А., Вдовиченко Р. В., Хэд Дж. У. Морфометрия малых вулканов на Венере по радарным изображениям // Астрономический вестник. - 2000. - Т. 34, № 4. - С. 291- 301.

Креславский М. А., Вдовиченко Р. В., Раитала Й., Шкуратов Ю. Г. Диэлектрическая проницаемость материала поверхности тессер на Венере по радиометрическим данным КА “Магеллан” // Астрономический вестник. - 2000. - Т. 34, № 5. - С. 420- 431.

Kreslavsky M. A., Vdovichenko R. V. Estimation of lava flow thickness on Venus with radar images. // Abstr. of papers submit. to the 24-nd Russian - American Microsympos. of planet. - Moscow. - 1996. - p. 52-53.

Kreslavsky M. A., Vdovichenko R. V. Subresolution clinometry with Magellan radar images: height of lava flow edges on Venus // Lunar and Planetary Sci. Conf. 28-th. - Houston (USA). - 1997. - P. 759 - 760.

Kreslavsky M. A., Vdovichenko R. V. Microdunes on venus: are they ubiquitous? // Lunar and Planetary Sci. Conf. 29-th. - Houston (USA). - 1998. - Abstract № 1166 (CD-ROM).

Vdovichenko R. V., Shkuratov Yu. G. On termal emission indicatrix for rough surfaces. // Abstr. of papers submit. to the 30-nd Russian - American Microsympos. of planet. - Moscow. - 1999. - p. 113-114.

Kreslavsky M. A., Vdovichenko R. V., Raitala J., Shkuratov Yu. G. Dielectric permittivity of tessera surface material on Venus. // Lunar and Planetary Sci. Conf. 31. - Houston (USA). - 2000. - Abstract № 1143 (CD-ROM).

АНОТАЦІЇ

Вдовиченко Р. В. Структурні властивості поверхні Венери за даними радіолокаційної зйомки космічного апарата “Магеллан”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01. 03. 02 - астрофізика, радіоастрономія. - Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна, Харків, 2001.

У дисертації проведено кількісний аналіз радіолокаційних даних, отриманих за допомогою космічного апарата “Магеллан” для того, щоб визначити деякі структурні та фізичні властивості поверхні Венери. Виявлено численні зони слабкої анізотропії перетину зворотного розсіяння на поверхні Венери. Розроблено модель і проведено кількісний аналіз характеру анізометрії рельєфу, який може відповідати за анізотропію, що спостерігається. Методи визначення висот малих пагорбів застосовані для систематичних морфометричних вимірів. Проведена практична оцінка точності методів. Запропоновано радарклинометричний спосіб визначення висот пагорбів. Виявлено систематичні розходження між радарними яскравостями пагорбів, що належать до різних груп. Запропоновано простий засіб визначення перетину зворотного розсіяння поверхні пагорбів за їхніми радарними зображеннями. На основі аналізу радіометричних даних виявлені розходження між діелектричною проникністю матеріалу тессер і рівнин.

Ключові слова: Венера, космічний апарат “Магеллан”, радіолокаційні експерименти, анізотропія зворотного розсіяння, морфометрія малих пагорбів, діелектрична проникність поверхні.

Vdovichenko R. V. Structural properties of the Venus surface by datas of the spacecraft Magellan radar mapping. - Manuscript.

The thesis as a manuscript is submitted for a candidate degree (Ph. D.) in Physics and Mathematics in speciality 01. 03. 02 - аstrophysics, radioastronomy. - Kharkov national university named after V. N. Karazin, Kharkov, 2001.

In the thesis the quantitative analysis of the Magellan spacecraft data was performed to obtain structural and physical properties of the Venus surface. Numerous zones of a weak anisotropy of a backscattering cross-section of the Venus surface were detected. A model of scattering with anisomorphic surface topography was developed for quantitative analysis of the anisotropy observed. Methods for measurement of heights of small hills are applied to systematic morphometric measurements. The practical precision of the methods was evaluated. A clinometric method for measurement of hill heights was proposed. Systematic differences between the radar cross-section of hills belonging to different groups were detected. A handy method for the estimation of intrinsic cross-section of the hills with their radar images is offered. Through the analysis of radiometric data, the difference between a dielectric permittivity of material tesserae and planes material was detected.

Keywords: Venus, spacecraft Magellan, radar experiments, anisotropy of backscattering, morphometry of small hills, dielectric permittivity of a surface.

Вдовиченко Р. В. Структурные свойства поверхности Венеры по данным радиолокационной съемки космического аппарата “Магеллан”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01. 03. 02 - астрофизика, радиоастрономия. - Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина, Харьков, 2001.

В диссертационной работе проведен количественный анализ радиолокационных и радиометрических данных космического аппарата “Магеллан” для изучения некоторых структурных и физических свойств поверхности Венеры. Анализ наблюдательных данных и их интерпретация, а не особенности процессов рассеяния радиоволн поверхностью, были основной задачей диссертационной работы.

Обнаружено, что поверхность Венеры проявляет азимутальную анизотропию радарных свойств: сечения обратного рассеяния при радиолокации под одним и тем же углом падения с запада и с востока часто отличаются на 1-2 дБ, а кое-где даже на 7-9 дБ. Наиболее вероятной причиной анизотропии является анизоморфный мелкомасштабный рельеф поверхности, например, дюны. С использованием простой модели радарного отклика для поверхности с анизоморфным рельефом, установлено, что в областях сильной (7-9 дБ) анизотропии этот рельеф имеет крутые склоны (круче 30°).

Рассмотрены методы определения высот малых холмов (вулканических построек 2-20 км в диаметре) по радарным изображениям. Показано, что точность радарграмметрических методов, основанных на измерении искажений радарного изображения, невысока. Более высокая точность может быть получена, вместе с количественными характеристиками профиля холма, при применении радарклинометрических методов, например, путем сравнения радарного изображения с модельным. Моделирование радарных изображений холмов показало, что собственное сечение обратного рассеяния поверхности холма можно оценить с достаточной точностью путем усреднения логарифма наблюдаемого сечения обратного рассеяния, не прибегая к восстановлению рельефа. Обнаружены систематические различия в собственном сечении обратного рассеяния холмов, принадлежащих к различным группам, что свидетельствует о систематических различиях условий вулканических извержений.

Проведен анализ излучательной способности тессер и равнин на Венере по радиометрическим данным КА “Магеллан” при различной геометрии наблюдения и направлении поляризации. Использование отношений излучательной способности тессер и равнин позволило устранить влияние систематических погрешностей. Применение широкого класса моделей для оценки излучательной способности к полученным данным показало, что диэлектрическая проницаемость поверхностного слоя тессер на 20 - 40% ниже, чем диэлектрическая проницаемость равнин. Вероятно, эти различия обусловлены пониженной плотностью поверхностного слоя тессер по сравнению с равнинами, что, в свою очередь, может быть обусловлено отличием минералогического состава тессер и (или) более продолжительной историей выветривания их поверхностного материала.

Ключевые слова: Венера, космический аппарат “Магеллан”, радиолокационные эксперименты, анизотропия обратного рассеяния, морфометрия малых холмов, диэлектрическая проницаемость поверхности.

анізотропія поверхня венера

Размещено на Allbest.ru