Спектрофотометричнi дослiдження атмосфер Урана i Нептуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧНI ДОСЛIДЖЕННЯ АТМОСФЕР УРАНА I НЕПТУНА

Дементьєв Михайло Степанович

Київ - 1999

Анотація

Дементьєв М.С. Спектрофотометричні дослідження атмосфера Урана і Нептуна. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук по спеціальності 01.03.03 - Геліофізика і фізика Сонячної системи. - Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 1999.

Дисертація присвячена вивченню оптичних та фізичних характеристик атмосфера Урана і Нептуна. Одержано спектральні значення геометричного альбедо в діапазоні довжин хвиль 390-830 нм. Визначається блиск планет в стандартних фотометричних системах та значення еквівалентних ширина W смуг поглинання метану. Показано, що ці величини змінюються з періодом від 7 до 42 років. Встановлено корелятивний зв'язок між варіаціями W та змінами середніх яскравісних температур у сантиметровому діапазоні. Наявність такого зв'язку свідчить про існування вертикальної циркуляції в атмосферах Урана та Нептуна. Знайдена залежність потужності смуги поглинання метану біля 619 нм у спектрі Нептуна від орбітального кута Тритона. Вказана залежність могла виникнути в результаті гравітаційної впливу супутника на верхні шари атмосфери. Виконано аналіз залишкових інтенсивностей комбінаційних ліній біля 400 нм та смуг поглинання метану поблизу 509 і 576 нм в спектрі Урана. Отримано значення ефективного радіуса аерозолю.

Ключові слова: планета, спектрофотометрія, атмосфера, аерозоль.

Abstract

уран нептун геометричний атмосфера

Dement'ev M.S. Spectrophotometric investegations of the atmospheres of Uranus and Neptune. - Manuscript.

Dissertation for the Scientific Degree of the Candidate of Physical and Mahematical Sciences on speciality 01.03.03 - heliophysics and solar system physics.- The Main Astronomical Observatory of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1998.

Dissertation is devoted to studing of the optical and physical properties of the atmospheres of Uranus and Neptune. Spectral geometric albedo is found for both planets in the wavelength range 390-830 nm. The planet's brightness in the standart photometric systems and equivalent widths W of the methane absorption bands are determined. Mean annual values of these parameters change with time. Periods of oscillations range from 7 to 42 yr. The negative correlation was found between the values of equivalent widths and mean brightness temperatures of the planets at 2-7 cm. The existence of this correlation evidences about the vertical cirulation in the atmospheres of Uranus and Neptune. The dependence of the equivalent width of the methane absorption band at 619 nm in the Neptune's spectrum upon the Triton's orbital position was discovered. It is assumed that observed changes are due to atmospheric tides. Residual intensities of the Raman features at 400 nm and the methane absorption bands at 509 and 576 nm in the spectrum of Uranus were analysed. The value of effective radius of aerosol was determined.

Key words: planet, spectrophotometry, atmosphere, aerosol.

Аннотация

Дементьев М.С. Спектрофотометрические исследования атмосфер Урана и Нептуна. - Рукопись.

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

Диссертация посвящена изучению оптических и физических характеристик атмосфер Урана и Нептуна. Наблюдательные данные получены спектрофотометрическим методом. Измерения проводились на г. Майданак (Узбекистан, 1981-1988 гг.) и вблизи города Тариха (Боливия, 1989 г.). В качестве регистрирующей аппаратуры использовались спектрометр и спектрополяриметр, установленные в фокусе Касегрена 60-см рефлектора Цейсс-600. Спектральные потоки Урана и Нептуна калибровались по солнечному аналогу - 16 Cyg B. Для обеих планет получены спектральные значения геометрического A_g() альбедо в диапазоне длин волн 390-830 нм с разрешением 2-3 нм (1981-1985) и 5 нм (1988-1989). Точность среднесезонных значений A_g() в видимой области спектра составляла 2-4%, а в сильных полосах поглощения метана - 5-10%. Путем интегрирования спектральных потоков определены блеск планет в стандартных фотометрических системах и значения эквивалентных ширин W полос поглощения метана. Показано, что эти величины испытывают вариации со временем. Блеск Урана в фильтрах B, V, R изменялся соответственно на 0.06, 0.12 и 0.32^m с периодом 40-45 лет, блеск Нептуна - на 0.03, 0.04 и 0.9^m с периодом 12-15 лет. Указанные оценки получены с учетом опубликованных данных. Кривые W Урана представляют собой сумму двух колебаний: медленных и быстрых. Возможный период медленных колебаний составляет 42 года, быстрых - около 6-7 лет. Графики Нептуна демонстрируют только часть волны с периодом от 13 до 21 года. Мощность полос в спектре Урана изменяется на 18-24%, в спектре Нептуна - до 8-13%. Описанные вариации могли быть вызваны: а) изменениями содержания аэрозоля в стратосферном и тропосферном слоях; б) изменением аспекта планеты при сильном ее сжатии и горизонтальной неоднородности атмосферы; в) либо тем и другим.

Установлена отрицательная корреляционная связь между значениями W и средними яркостными T_D() температурами планет в сантиметровом диапазоне ( 2-7 см). Модуль коэффициента корреляции равен 0.69-0.88. Вариации тепловых потоков в спектре Урана у 6 см опережают соответствующие изменения эквивалентных ширин на 2.21.4 года. Данные факты свидетельствуют о наличии вертикальной циркуляции в атмосфере планеты на интервале давлений 2-50 атм и о зарождении возмущений в нижнем слое. Средняя скорость распространения сигнала равняется 0.3 см/c. С такой скоростью, возможно, поднимаются "горячие" ячейки газа, насыщенные метаном и аммиаком. Интенсивность циркуляции изменяется с периодом 7 лет (и, возможно, 84 года) в атмосфере Урана и 15-21 год в атмосфере Нептуна. Источником возмущений возможно являются гравитационные приливы, вызванные телами Солнечной системы.

Обнаружена зависимость мощности полосы поглощения метана 619 нм в спектре Нептуна от орбитального угла _T Тритона. За время одного оборота спутника вокруг планеты (около 6 земных суток) значение W₆₁₉ испытывает два колебания, достигая максимума при _T равном 120 и 300⁰. Полная амплитуда колебаний составляет 4-8%. Повторные наблюдения, выполненные в 1988 и 1989 гг., подтвердили наличие указанного эффекта. Аналогичным образом изменяется яркость планеты вблизи 889 нм (0.08^m), а также показатель цвета (J-K) (0.35^m). Последние оценки получены по литературным данным. Предполагается, что под воздействием спутника изменяется режим циркуляции, а следовательно и количество вихрей в атмосфере. С целью подтверждения этой гипотезы были исследованы метеорологические данные для Земной атмосферы. Оказалось, что от элементов лунной орбиты зависят частота образования ураганов в Атлантическом океане и вспышечная активность торнадо на территории Соединенных Штатов Америки.

Показано, что атмосферы Урана и Нептуна состоят из нескольких облачных слоев. Наибольшей неоднородностью характеризуется стратосферный слой. Ниже тропопаузы атмосфера Урана слабо отличается от модели однородного полубесконечного газово-аэрозольного слоя. В рамках указанной модели был выполнен анализ комбинационных линий вблизи 398.9, 402.6 и 406.3 нм и полос поглощения метана около 509 и 576 нм в спектре Урана. Согласно модельным расчетам, отношение объемного коэффициента рассеяния газа к сумме аналогичных коэффициентов газа и аэрозоля на 400 нм в 1961-1973 гг. равнялось 0.98-0.99, а в 1981-1983 гг. - 0.10-0.30. Удельное содержание метана в указанные годы было равным 0.008 0.001 и 0.0100.003 соответственно. Значение эффективного радиуса частиц составляло 0.30 0.10 мкм. В спектрах обеих планет вблизи 406.6 и 420 нм были обнаружены новые полосы. Анализ показал, что они принадлежат спектру поглощения метана. Полученные результаты будут полезными при создании моделей атмосфер, а также при разработке теории климата.

Ключевые слова: планета, спектрофотометрия, атмосфера, аэрозоль.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. За останні роки наземними та космічними засобами отримано значний об'єм даних про газовий та аерозольний склад атмосфера Урана та Нептуна, тепловий режим та магнітні поля. Разом з тим багато питань, пов'язаних зі зміною оптичних параметрів верхніх шарів атмосфери, залишаються нерозв'язаними. Досі не визначено періоди коливань спектральних потоків як в оптичному, так і в мікрохвильовому діапазонах довжин хвиль, не вивчено їх природу. Не вивчено припливну дію супутників на оболонки планет, а також не оцінено параметри аерозолю в верхньому тропосферному шарі. Для вирішення вищеозначених задач потрібна наявність довготривалих рядів однорідних спостережень відбивної здатності планет у широкому діапазоні довжин хвиль.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконана як частина планових науково-дослідних тем в ГАО НАН України: "Вивчення природи варіацій з часом оптичних характеристик атмосфера планет-гігантів", "Вивчення вертикальної структури хмар планет-гігантів", "Короткоперіодичні варіації оптичних характеристик планет" и "Дослідження динаміки структурних формувань атмосфера зовнішніх планет Сонячної системи методами панорамної поляриметрії".

Мета і задачі дослідження. Для вивчення відбивних характеристик планет та їх варіацій з часом було поставлено задачу протягом багатьох протистоянь отримати однорідні ряди спектрофотометричних даних в діапазоні довжин хвиль 390-760 нм зі спектральною роздільною здатністю 2-3 нм. Їх аналіз повинен дозволити:

визначити спектральні значення геометричного альбедо Урана та Нептуна в видимій та червоній ділянках спектру;

вивчити часові варіації блиску планет у смузі V;

вивчити часові варіації еквівалентних ширин смуг поглинання метану в видимій та червоній ділянках спектру;

дослідити зв'язок між коливаннями спектральних потоків в видимій та мікрохвильовій ділянках спектру;

дослідити роль припливної дії супутників планет на верхні шари атмосфери;

визначити ступінь вертикальної неоднорідності атмосфер Урана та Нептуна та оцінити основні параметри хмарових часток.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше:

вивчено багаторічні варіації еквівалентних ширин смуг поглинання метану в спектрах Урана та Нептуна;

виявлено тісний зв'язок між потужністю смуг поглинання метану в видимій ділянці спектру та оцінками яскравісних температур в сантиметровому діапазоні;

спостерігалась залежність еквівалентної ширини смуги поглинання метану 619 нм в спектрі Нептуна від орбітального кута Тритона (супутник Нептуна);

виконано спільний аналіз ефектів комбінаційного розсіяння та смуг поглинання метану в спектрі Урана з метою отримання оцінки оптичних характеристик верхнього хмарового шару планети, в тому числі відношення газ/аерозоль та середнього радіуса часток.

Наукове та практичне значення роботи. Отримані результати дають відповідь на питання про ступінь однорідності атмосфера Урана та Нептуна, про зміну оптичних параметрів хмарових шарів з часом нарізній глибині, про місце зародження збурень та швидкості їх поширення, а також про гравітаційний вплив супутників на атмосфери планет. Отримані дані будуть корисними при розробці моделей верхніх атмосфера та теорії клімату.

Особистий внесок здобувача. Дементьєв М.С. самостійно виконав спектрофотометричні спостереження Урана і Нептуна та їх аналіз. Їм сформульовані гіпотези про гравітаційний вплив Тритона (супутника Нептуна) на атмосферу планети і про наявність корелятивного зв'язку між оптичними та мікрохвильовими коливаннями яскравості планет, а також розроблена методика дослідження комбінаційних ліній. Науковому керівнику належить постановка задачі і метод оцінки ступеня неоднорідності атмосфера планет-гігантів.

На захист виносяться такі основні положення дисертації:

дані про геометричне альбедо Урана та Нептуна в діапазоні довжин хвиль 390-760 нм в період протистоянь 1981-1988 рр.;

оцінки блиску Урана та Нептуна в системі V;

значення еквівалентних ширина смуг поглинання метану в спектрах обох планет на дільниці спектру 470-750 нм в 1969-1993 рр.;

наявність кореляції між значеннями еквівалентних ширина смуг поглинання метану у видимій ділянці спектру та середніх яскравісних температур у сантиметровому діапазоні;

залежність еквівалентної ширини смуги поглинання СН₄ 619 нм в спектрі Нептуна від орбітального кута Тритона;

значення середнього радіуса часток аерозолю в атмосфері Урана на інтервалі тиску 0-3 бар в період 1979-1983 рр.;

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися на наукових семінарах відділу "Фізика тіл Сонячної системи"; конференції "Молекулы в звездах и межзвездной среде" (Москва, 1986 р.); Всесоюзній нараді робочої групи по вивченню планет (Алма-Ата, 1989 р.); 3 з'їзді Української астрономічної асоціації (Київ, 1995 р.); 4 з'їзді Української астрономічної асоціації (Київ, 1997 р.); Joint European and National Astronomical Meeting (JENAM-97), European and 3^rd Hellenic Astronomical Conference (Thessaloniki, Greece, 1997); Нараді робочої групи "Фізика тіл Сонячної системи" (Київ, 1998 р.).

Публікації. Основні результати роботи опубліковані в 8 статтях, а також у тезах 3 наукових конференцій.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списка літератури та додатку, містить 119 сторінок машинописного тексту, має 54 малюнки та 19 таблиць. Дев'ять таблиць виділено в додаток. Список літератури має 283 назви. Загальний об'єм дисертації -- 220 сторінок.

2. Зміст роботи

У вступі коротко обгрунтовується постановка задачі, її актуальність та шляхи її здійснення.

У першому розділі наведено огляд робіт з візуальної фотометрії, спектроскопії, електрофотометрії та спектрофотометрії планет, криві блиску, значення геометричного альбедо, а також сонячні фазові коефіцієнти[1,2]. Потім розглядаються роботи, в яких вивчається газовий та аерозольний склад атмосфера Урана і Нептуна та їх вертикальна будова. Проаналізовано сезонні та багаторічні коливання оптичних параметрів верхніх атмосфер. Розглянуто результати спостережень, отриманих в мікрохвильовому діапазоні довжин хвиль ( 7-500 мкм, 0.014-21 см), де основну увагу приділено варіаціям теплових потоків з часом [3, 4]. В кінці огляду сформульовано найбільш важливі вимоги до спектрофотометричних спостережень та намічено шляхи подальших спостережень.

У другому розділі наведено опис апаратури та методів її перевірки. Даються основні відомості про умови спектральних та фотометричних спостережень і методи обробки, вказані значення радіусів планет та необхідні редукції. Наведені дані про спектрофотометричні стандарти, визначається рівень геометричного альбедо планет в період з 1981 до 1988 рр. та оцінено величину фазового коефіцієнта в смузі V і для 619 нм за даними спостережень 1989 р.

Спектри записувалися в діапазоні довжин хвиль 390-830 нм з роздільністю 2-3 нм, з кроком 0.6-0.8 нм за допомогою спектрометра та спектрополяриметра, встановлених у фокусі Кассегрена 60-см рефлектора Цейс-600. Спостереження проводились на г. Майданак (Узбекистан, 1981-1988 рр.) та поблизу м.Таріха (Болівія, 1989 р.). Спектральні потоки калібрувались відносно кращого сонячного аналога - 16 Cyg В, середні за сезон значення геометричного альбедо планет було визначено як прості середні величини. Точність оцінок A_g() у видимій ділянці спектру складає 2-4 %, в короткохвильовій та сильних смугах поглинання - 5-10%.

У третьому розділі виконано аналіз спектрофотометричних спостережень Урана та Нептуна з метою вивчення часових варіацій блиску спектральних потоків. За власними даними отримано оцінки блиску в фільтрі V, а за літературними даними[1,2] - B, V та R. Крім того, знайдено значення еквівалентних ширина W смуг поглинання метану. На протязі 1952-1989 рр. блиск Урана в фільтрах B, V, R змінювався відповідно на 0.06, 0.12 та 0.32^m. Прийнято, що період спостережуваних коливань складає приблизно 40-45 років. У мінімумі блиску (біля 1972 р.) отримано максимальні значення еквівалентних ширина смуг поглинання метану 543 та 597+619 нм, а в максимумі (біля 1985 р.) - мінімальні значення, нижчі попередніх на 24 та 18 відсотків відповідно. Для смуги 889 нм не виявлено коливань значень W. Зі збільшенням яскравості планети в континуумі (біля 548, 750 та 4800 нм) спостерігалось зменшення геометричного альбедо біля 727, 889 та 2200 нм. Зазначені явища могли бути зумовленими: а) неоднорідністю атмосфери та зміною в напрямках, під якими спостерігались полюси планети; б) зменшенням вмісту аерозолю в стратосферному шарі та збільшенням його в тропосферному; в) або тим та другим.

Блиск Нептуна в фільтрах B, V, R на інтервалі часу 1952-1989 рр. змінювався відповідно на 0.03,.04, 0.09^m. Ймовірний період коливань складає 12-15 років. На протязі 1975--1980 рр. яскравість Нептуна в різних фільтрах (b, y, B, V, K, M) змінювалась майже синхронно. Найсильніші варіації спостерігались в ІЧ-ділянці. Зі збільшенням блиску планети на інтервалі часу 1981-1988 рр. значення еквівалентних ширина смуг поглинання метану 543, 597+619 та 683+703+727 нм зазнали зменшення на 8-13%. Зазначені варіації могли бути викликаними одночасними змінами вмісту аерозолю в стратосферному та тропосферному шарах.

Варіації W Урана, можливо, є сумою двох коливань: повільних та швидких. Період повільних коливань складає 42 роки, швидких коливань - 6-7 років; крім того, не виключено, що останні мають неперіодичний характер. Графіки для Нептуна демонструють плавне зменшення W з 1981 до 1990 рр., після чого починається підйом. Швидше всього це тільки частина хвилі з періодом від 13 до 21 року. До аналогічних висновків можна дійти після аналізу середніх яскравісних температур Урана та Нептуна в сантиметровому діапазоні довжин хвиль[3,4]. Було зроблено припущення, що між реалізаціями, отриманими в видимому та мікрохвильовому діапазонах, існує тісний фізичний зв'язок.

З метою підтвердження цього зв'язку були визначені коефіцієнти кореляції r_TW () при різних затримках у часі. При оптимальній затримці сигналу інтервали довіри для r_TW () між реалізаціями Урана T_D(6 см) та W₄₈₆, T_D(6 см) та W₅₄₃ з надійністю 90% склали (-0.14 -0.93) та (-0.14 -0.92) відповідно. Для реалізацій T_D(3 см) та W₄₈₆, T_D(3 см) та W₅₄₃ на рівні довіри 98% інтервали виявились рівними (-0.42 -0.96) та (-0.39 -0.95). Для рядів Нептуна T_D(3 см) та W₅₄₃ при надійності 90% межі довіри склали (-0.05 -0.94), а для T_D(3 см) та W₆₁₉ з рівнем довіри 95% - (-0.29 -0.98). У випадку Урана оптимальна затримка по часу між сигналами для 6 см та 543 нм дорівнювала 2.2 1.4 року. Оскільки різниця між рівнями формування оптичного та мікрохвильового ( 6 см) випромінювань складає приблизно 240 км, середня швидкість поширення збурень склала 0.3 см/с. З такою швидкістю, можливо, підіймаються комірки (об'єми) "гарячого" газу, збагачені метаном та аміаком. При цьому інтенсивність циркуляції зазнає коливань у випадку Урана з періодом 7 років (та, можливо, 84 роки), Нептуна - 15-21 рік. Тобто, в атмосферах планет має місце зміна режиму вертикальної циркуляції. Оскільки збурення виникають у нижніх шарах атмосфери (біля 50 атм), то вони, очевидно, не пов'язані з яким-небудь зовнішнім випромінюванням, а, швидше всього, зумовлені припливними силами тіл Сонячної системи.

У четвертому розділі досліджувався зв'язок між потужністю поглинання світла в спектрі Нептуна та орбітальним кутом Тритона. Спостереження свідчать про таке: при обертанні Тритона навколо Нептуна еквівалентна ширина смуги поглинання метану W₆₁₉ та залишкова інтенсивність світла поблизу 619 нм змінюються на 3-8%, блиск планети біля 889 нм - на 0.15^m, а показник кольору (J-K) - на 0.7^m. Останні дві оцінки було отримано за літературними даними[5,6]. Мінімальна яскравість планети спостерігалась поблизу з'єднань. Висловлюється припущення, що під впливом супутника змінюється циркуляція, а відповідно і число вихорів в атмосфері. З метою підтвердження цієї гіпотези було досліджено метеорологічні дані для північної частини Атлантичного океану та території Сполучених Штатів. Доведено, що елементи місячної орбіти впливають на частоту утворення ураганів та вибухової активності торнадо.

У п'ятому розділі розглядається питання про вертикальну будову атмосфер. Показано, що щільні шари атмосфери Урана (нижче тропопаузи) добре апроксимуються моделлю однорідного напівнескінченного газово-аерозольного шару. В рамках даної моделі було виконано аналіз комбінаційних ліній[1,7] біля 398.9, 402.6, 406.3 нм та смуг поглинання метану поблизу 509 і 576 нм. Розрахунки збіглися зі спостереженнями Урана при значенні середнього радіуса часток, рівням 0.30.1 мкм. Поблизу 406.8 та 420 нм було виявлено слабкі депресії, які, можливо, належать до спектра поглинання метану.

У заключній частині зроблено висновки та намічено першочергові завдання для подальших досліджень атмосфера Урана та Нептуна.

У додатку наведені: перелік спектрофотометричних записів Урана та Нептуна, виконані в 1981-1988 роках; спектральні значення геометричного альбедо; оцінки еквівалентної ширини смуги поглинання метану для 619 нм, отримані в 1988 р.; оцінки блиску Нептуна в фільтрі V та залишкової інтенсивності світла для 619 нм, отримані в 1989 р. Далі наведено результати вузькосмугових 889 нм (1986-1987 рр.), 619 нм (1989 р.) та широкосмугових J та К (1980 р.) спостережень, котрі отримано за літературними джерелами[5,6,8].

3. Основні результати дисертації

Досліджено відбивну здатність планет у синій, видимій та червоній ділянках спектру при точності спостережень в континуумі 2-4%, у смугах поглинання метану 727 та 790 нм - біля 10%.

Показано, що яскравість має сезонні коливання. На протязі 1952--1989 рр. блиск Урана в смугах B, V, R змінювався відповідно на 0.06, 0.12 та 0.32^m. Ймовірний період коливань складає біля 42 років. Максимальна яскравість мала місце в 1950 та 1985 рр. (в цей час найкраще було видно полюси), мінімальна - в 1971 р. Блиск Нептуна на протязі цього ж часу та в тих самих смугах змінювався відповідно на 0.03, 0.04 та 0.09^m. Ймовірний період коливань складає 12-15 років. Максимальний блиск було зареєстровано в 1963, 1975 та 1985 рр., мінімальний - в 1952, 1972 та 1982 рр. Оцінки яскравості отримано з похибкою 1-3%.

В синій ділянці спектру ( 400 нм) геометричне альбедо Урана на протязі 1970--1985 рр. збільшилось на 1-2%, в червоній ділянці ( 750 нм) - на 40%. В сильних смугах поглинання метану ( 727, 889 та 2200 нм) спостерігалось зменшення яскравості приблизно на 20-50%. Згадані явища могли бути викликані: а) горизонтальною неоднорідностю атмосфери та змінами видимості планети; б) зменшенням вмісту аерозолю в стратосферному шарі та збільшенням його в тропосферному; в) або тим і другим одночасно.

Геометричне альбедо Нептуна в синій ділянці спектру коливалось на 3-4%, в сильній смузі поглинання метану 2200 нм - понад 100%. В усьому діапазоні довжин хвиль мали місце синхронні зміни, що свідчить про одночасне збільшення (або зменшення) концентрації аерозолю в стратосферному та тропосферному шарах.

Знайдено багаторічні варіації еквівалентних ширина смуг поглинання метану W в спектрах обох планет. У випадку Урана значення W смуг 543 та 597+619 нм з 1970 до 1985 р. зменшилось на 24 та 18% відповідно, а оцінки W смуги 889 нм в межах точності вимірювань залишались постійними. В спектрі Нептуна значення W смуг 543, 597+619 та 683+703+727 нм з 1981 до 1988 р. знизилось на 8-13%.

Встановлено тісний зв'язок між варіаціями еквівалентних ширина W смуг поглинання метану в видимій ділянці спектра та коливаннями середніх яскравісних температур T_D () у сантиметровому діапазоні. Значення коефіцієнтів кореляції знаходяться в межах -0.69 -0.88. Коливання теплових потоків у спектрі Урана для 6 см випереджають зміни еквівалентних ширина на 2.21.4 роки. Зазначені факти свідчать про наявність вертикальної циркуляції в атмосфері на інтервалі тисків 2-50 атм та про зародження збурень на рівні 50 атм. Середня швидкість поширення сигналу рівна 0.3 см/с. Періоди коливань на Урані складають 7 та 42 роки, Нептуна - 15-21 рік.

Визначено залежність еквівалентної ширини смуги поглинання метану 619 нм у спектрі Нептуна від орбітального кута _T Тритона. При зміні _T від 0 до 360⁰ cпостерігаються два максимуми значення W₆₁₉ (біля _T =120 та 300⁰). Амплітуда коливань складає 6%. Аналогічним чином змінювалась залишкова інтенсивність світла для 619 нм, яскравість планети для 889 нм та показник кольору (J - K) з амплітудами 3%, 0.15^m та 0.7^m відповідно. Наявність тісного зв'язку між згаданими характеристиками та орбітальним кутом Тритона свідчить про припливну дію супутника на атмосферу планети.

Показано, що атмосфери Урана та Нептуна складаються з кількох хмарових шарів. Найбільшу неоднорідність має стратосферний шар. Нижче тропопаузи атмосфера Урана мало відрізняється від моделі однорідного напівнескінченного газово-аерозольного шару. Для верхньої тропосфери, де формується основна частина видимого випромінювання, було знайдено ефективний радіус r_eff часток. Його значення склало 0.300.10 мкм.

Питомий вміст метану f(CH₄/Н₂) в атмосфері Урана в 1963 р. складав 0.0080.001, в 1981-1983 рр. - 0.0100.003. Відношення об'ємних коефіцієнтів розсіювання _R/(_R+_a) для 400 нм в зазначені роки було рівним 0.98-0.99 та 0.10-0.30 відповідно.

Перелік цитованих джерел

Neff J.S., Humm D.C., Bergstralh J.T. et al. Absolute spectrophotometry of Titan, Uranus, and Neptune: 3500-10500 A // Icarus. - 1984. - V.60. - N 2. - P.221-235.

Lockwood G.W., Thompson D.T., Lutz B.L., Howel E.S. The brightness, albedo, and temporal variability of Neptune // Astrophys. J. - 1991. - V.368. - N 1 .- P.287-297.

Klein M.J., Turegano J.A. Evidence of an increase in the microwavebrighness temperature of Uranus// Astrophys. J. Lett.-1978.-V.224.-N1.-L31-L34.

De Pater I., Richmond M. Neptune's microwave spectrum from 1 mm to 20 cm // Icarus. - 1989. - V.80. - N 1. - P.1-13.

Hammel H.B., Lark N.L., Rigler M., Lreidl T.J. Disk-integrated photometry of Neptune at methane-band and continuum wavelengths // Icarus. - 1989. - V.79. - N1. - P.1-14.

Belton M.J.S., Wallase L., Hayes S.H., Price M.J. Neptune's rotation period: a correction and a speculation on the difference between photometric and spectroscopic results// Icarus. - 1980. - V.42. - N 1. - P.71 - 78.

Belton J.S.M., Wallase L., Price M.J. Observation of the Raman effect in the spectrum of Uranus // Astrophys.J. (Letters). - 1973. - V.184. - N3. - L.143-L.146.

Lockwood G.W., Thompson D.T., Hammel H.B., Birch P., Candy M. Neptune's cloud structure in 1989: photometric variations and correlation with ground-based images // Icarus. - 1991. - V.90. - N2. - P.299-307.

Публікації за темою дисертації

Дементьев М.С. Геометрическое альбедо Нептуна в 4000-6500 А // Астрон. циркуляр. - 1982. - 1247. - С.3-5.

Дементьев М.С. Молекулярное поглощение в коротковолновой области спектра Нептуна // Астрон. циркуляр. - 1982. - N 1236. - С.4-5.

Дементьев М.С. О природе неотождествленных депрессий в спектрах Урана и Нептуна // Кинематика и физика небесных тел.-1986.-Т.2.-N 1.-С.52-54.

Дементьев М.С., Мороженко А.В. Атмосферные приливы на Нептуне? // Письма в АЖ. 1989.-Т.15.-N 11.-С.1044-1049.

5. Дементьев М.С., Мороженко А.В. О вертикальной неоднородности атмосфер Урана и Нептуна // Астрон. вестн. - 1990. - Т.24. - N 2. - С.127-133.

Дементьев М.С. Оценка относительного содержания аэрозоля и эффективного радиуса частиц в атмосфере Урана // Кинематика и физика небес.тел. - 1992. - Т.8. - N 2. - С.25-35.

Дементьев М.С. Временные изменения в спектрах Урана и Нептуна // Кинематика и физика небес.тел.-1994.-Т.10.-N 4.-С.3-24.

Дементьев М.С. О корреляции значений эквивалентных ширин полос поглощения метана и радиопотоков в спектрах Урана и Нептуна// Кинематика и физика небес.тел.-1996.-Т.12.-N 5.- С.71-81.

Дементьев М.С. О корреляции значений эквивалентных ширин пoлос поглощения метана и радиопотоков в спектрах Урана и Нептуна // Інформаційний бюлетень Української Астрономічної Асоціації.-1995.-N 7.-С.105.

Dement'ev M.S. Correlated variations of radio fluxes and equivalent widths of the methane absorption bands in spectra of Uranus and Neptune// Joint European and National Astronomical Meeting (JENAM-97), 6^th European and 3^rd Hellenic Astronomical Conference, Thessaloniki, Greece, 2-5 July 1997. P.73.

Dement'ev M.S. Connection between atmospheric vortices and satellites of planets // Інформаційний бюлетень Української Астрономічної Асоціації.-1998.-N 12.-С.63-64.

Размещено на Allbest.ru