Вспышки молний в облачном слое Венеры обнаружены в ближнем инфракрасном диапазоне

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Венера была первой среди планет Солнечной системы, в атмосфере которой были обнаружены электрические явления, подобные молниям в атмосфере Земли. Электрические разряды (молнии в атмосфере Венеры) были открыты в 1978 г. в миссиях «Венера-12, -11» и Pioneer Venus по их электромагнитному излучению. Парадокс, однако, заключался в том, что поиски оптических вспышек оставались безуспешными в течение сорока последующих лет. В 2015 г. на орбиту спутника Венеры был выведен аппарат AKATSUKI японского космического агентства JAXA. Он был предназначен для поиска молний и других исследований метеорологии Венеры путем регистрации излучения в выбранных спектральных диапазонах. В 2016 г. орбитальный аппарат AKATSUKI успешно выполнил подробные наблюдения Венеры в ближнем ИК-диапазоне в «окнах прозрачности» атмосферы планеты, а также в ультрафиолетовом и других диапазонах. В статье приводятся результаты альтернативного поиска и успешного обнаружения вспышек молний по данным проекта AKATSUKI, но не в ультрафиолетовом и не в видимом, а в ближнем ИК-диапазоне. Сопоставление результатов расчета, основанного на моделях земных молний, с результатами измерений, выполненных камерой IR2 миссии AKATSUKI на Венере на волне 2.26 мкм, показывает близкое совпадение экспериментальных и расчетных данных.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. В. Ксанфомалити

Институт космических исследований РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kos.is@cosmos.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ксанфомалити Л. В. Молнии в облачном слое Венеры // Космич. исслед. 1979. Т. 17. № 5. С. 747–762.
  2. Ksanfomality L. V. Discovery of frequent lightning discharges in clouds on Venus // Nature. 1980. V. 284. P. 244–246.
  3. Scarf F. L., Taylor W. W., Russell C. T. et al. Lightning on Venus: Orbiter detection of whistler signals // J. Geophysical Research. 1980. V. 85. P. 8158–8166.
  4. Ksanfomality L. V., Scarf F. L., Taylor W. W.L. The electrical activity of the atmosphere of Venus; in “Venus”. Eds. by Hunten D. M. et al. University of Arizona Press, 1983. Tucson. Arizona. USA. P. 565–603.
  5. Scarf F. L., Russell C. T. Lightning measurements from the Pioneer Venus Orbiter // Geophysical Research Letters. 1983. V. 10. P. 1192–1195.
  6. Borucki W. J. Comparison of Venusian lightning observations // Icarus. 1982. V. 52. P. 354–364.
  7. Williams M. A., Thomason L. W. Optical signature of Venusian lightnings as seen from space // Icarus. 1983. V. 55. P. 185–186.
  8. Croft T. A., Price G. H. Evidence for a low altitude origin of lightning on Venus // Icarus. 1983. V. 53. P. 548–551.
  9. Lorenz R. D. Lightning detection on Venus: a critical review // Progress in Earth and Planetary Science. 2018. Iss. 5. Art.ID. 34. https://doi.org/10.1186/s40645-018-0181-x
  10. Takahashi Y., Yoshida J., Yair Y. et al. Lightning detection by LAC onboard the Japanese Venus climate orbiter, Planet-C // Space Science Reviews. 2008. V. 137. P. 317–334. https://doi.org/10.1007/s11214-008-9400-x
  11. Ксанфомалити Л. В. Низкочастотное электромагнитное поле в атмосфере Венеры по данным ВЕНЕРЫ-13 и -14 // Письма в Астрономический журнал. 1982. Т. 8. С. 424–428.
  12. Ксанфомалити Л. В. Планета Венера. М.: Наука ФИЗМАТЛИТ, 1985. 376 с.
  13. Piccioni G., Drossart P., Suetta E. et al. VIRTIS: The Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer // ESA Spec. Publ. 2007. SP 1295. P. 1–27.
  14. Kashimura H., Sugimoto N., Takagi M. et al. Planetary-scale streak structure reproduced in high-resolution simulations of the Venus atmosphere with a low-stability layer // Nature communications. 2019. Iss. 10. Art.ID. 23. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07919-y
  15. Krider E. P., Dawson G. A., Uman M. A. Peak power and energy dissipation in a single-stroke lightning flash // J. Geophysical Research. 1968. V. 73. Iss. 10. P. 3335–3339.
  16. Uman M. All about lightning. N.Y.: Dover Publications, 1987. 192 p.
  17. Vijayaraghavan G., Brown M., Barnes M. Practical grounding, bonding, shielding, and surge protection. Amsterdam; London: Elsevier, Science & Technology, 2004. P. 237.
  18. Кузнецов М., Кунгуров Д., Матвеев М. и др. Входные цепи устройств РЭА. Проблемы защиты от мощных импульсных перенапряжений // Новости электротехники. 2006. № 6 (42) С. 2–6.
  19. Ksanfomality L. V. The surface of Mercury in the 210– 350° W longitude range // Icarus. 2009. V. 200. P. 367–373. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2008.12.007
  20. Ксанфомалити Л. В., Джапиашвили В. П., Кахиани В. О. и др. Опыт получения изображений Меркурия методом коротких экспозиций // Астрономич. вестник. 2001. Т. 35. № 3. С. 208–213.
  21. Ксанфомалити Л. В. Косвенные свидетельства проявления вулканизма на Венере // Астрономич. вестник. 1984. Т. 18. С. 310–320.
  22. Esposito L. W. Sulfur dioxide: Episodic injections shows evidence for active Venus volcanism // Science. 1984. 223. 1072–1074.
  23. Селиванов А. С., Гектин Ю. М., Герасимов М. А. и др. Продолжение телевизионного исследования поверхности Венеры со спускаемых аппаратов // Космич. исслед. 1983. Т. 21. № 2. С. 176–182. (Cosmic Research. P. 122)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Сравнительная схема работы аппаратов «Венера», Pioneer Venus и AKATSUKI при регистрации электромагнитного излучения молний и поиске их оптических вспышек.

Скачать (119KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Импульсы электромагнитного излучения, зарегистрированные 08.II.1979 г. прибором OEFD на борту орбитального модуля Pioneer Venus, Орбита 66. Импульсы наблюдались в низком перицентре орбиты аппарата.

Скачать (22KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Напряженность поля многочисленных электромагнитных импульсов, зарегистрированных 25.XII.1978 г. прибором «Гроза» на спускаемом аппарате «Венера-11», отнесенных к молниям. Фрагмент записи от высоты 10 км до поверхности. Причина различий напряженности на частотах 18 и 36 кГц осталась неизвестной.

Скачать (26KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Периодические изменения напряженности поля от удаленного источника, зарегистрированные прибором «Гроза» на аппарате «Венера-11», вращающемся при спуске в атмосфере планеты. Периодичность возникала благодаря эффекту направленности рамочной антенны прибора.

Скачать (14KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Ночные снимки в длине волны 2.26 мкм, полученные 13.VIII.2016 г. с интервалами по 2 ч (00:33:33, 02:33:33 и 04:33:33 UTC). Звездообразный L-объект с лучами (в кружке) на широте примерно 36° N наиболее четко представлен на среднем снимке (02:33:33). Его размеры около 600 км, лучи уходят на 1000 км.

Скачать (45KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Верхний ряд – L-объект на трех последовательных снимках, второй ряд – те же снимки со смещенным вверх уровнем черного, ряды 3 и 4 – распределение яркости вдоль линий сечения изображений второго ряда.

Скачать (65KB)
Метаданные
8. Рис. 7. На рисунке а – исходный снимок, сделанный 20.X.2016 г. в 09:48:33 UTC, с яркой полосой в экваториальной области. Координаты подспутниковой точки 8.26° S, 182° E. На рисунке б – тот же снимок с порогом воспроизводимых яркостей > 140 мВт м–2 мкм–1 ср–1. На рисунке в – распределение яркости вдоль линий сечения. Все яркие точки соответствуют уровню насыщения элементов детектора.

Скачать (64KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Фрагмент изображения рис. 7в, показывающий небольшое пятно, где около 10 вспышек были зарегистрированы сквозь облачную среду с оптической толщей около 0.7.

Скачать (10KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Точечные следы предполагаемых вспышек молний в северном полушарии вдоль линий частичного или полного разрыва облаков. Снимки сделаны 19.X.2016 г. с интервалом 2 ч (слева направо в 14:33:32, 16:33:33 и 18:33:33 UTC) при планетоцентрической высоте аппарата 123 278 км. Порог воспроизводимых яркостей был установлен на уровне около 140 мВт м–2 мкм–1 ср–1.

Скачать (26KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Отдельные неповторяющиеся точечные детали, некоторые с лучами, обладают высокой яркостью, вплоть до уровня насыщения детектора. Предположительно, их можно отнести к глубоким разрывам облачной среды или к вспышкам супермолний. Яркость вдоль наклонных линий на фрагментах изображений показана диаграммами. Седловина на максимуме графиков обычно указывает на достигнутый уровень насыщения детектора. Снимок сделан камерой IR2 25.III.2016 г. в 07:33:33 UTC.

Скачать (57KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Яркие точечные объекты имеют размеры около 30–50 км. Пара изображений позволяет сопоставить два снимка, полученных камерой IR2 2.VIII.2016 в 08:33:34 и 10:33:34 UTC, с яркими, до уровня насыщения детектора, мелкими деталями, отсутствующими на левом снимке.

Скачать (53KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024