Вариации облаков и содержание H2O в нижней атмосфере Венеры по данным наблюдений СПИКАВ-ИК в окнах прозрачности

Основная масса плотной атмосферы Венеры - внутри и ниже облачного слоя (47-70 км) - определяет химические процессы, состав газа и аэрозоля всей атмосферы. Однако, состав 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 у поверхности. Углекислый газ и водяной пар, наиболее эффективно поглощающие ИК излучение, обуславливают катастрофический парниковый эффект, разогревающий поверхность планеты. Малую часть теплового инфракрасного (ИК) излучения нижней атмосферы и поверхности возможно дистанционно наблюдать в нескольких узких «окнах прозрачности» атмосферы Венеры на ночной стороне планеты.
В 2006-2014 гг. ИК-канал спектрометра СПИКАВ космического аппарата «Венера-Экспресс» (Korablev et al., 2012) проводил наблюдения теплового излучения Венеры в окнах прозрачности 1.1, 1.18, 1.28 и 1.31 мкм. Интенсивность регистрируемого излучения в основном определяется рассеянием аэрозольными частицами сернокислых облаков. Излучение, наблюдаемое в окнах 1.1 и 1.18 мкм, формируется горячей поверхностью и приповерхностным слоем атмосферы (0-15 км), таким образом его интенсивность также зависит от излучательной способностью поверхности. Данные спектральные интервалы совпадают с полосой поглощения молекулой воды на 1.1-1.2 мкм. Излучение в окнах прозрачности 1.28 и 1.31 мкм в основном определяется условиями в атмосфере на высотах 5-20 км, и его интенсивность модулируется только вариациями оптической толщи облаков. Однако, в спектральном диапазоне окна прозрачности 1.28 мкм расположена полоса свечения молекулярного кислорода около 1.27 мкм, формирующегося на высоте 96 км (Pollack et al., 1993).
Наблюдения СПИКАВ-ИК охватывают практически всю поверхность Венеры. Измеренные спектры оптимизируются с помощью модели радиационного переноса с учетом многократного рассеяния. Модель основана на программе SHDOMPP, реализующей метод дискретных ординат и сферических гармоник для плоскопараллельной геометрии (Evans, 2007; Bézard et al., 2011; Fedorova et al., 2015). Вертикальные профили температуры, давления и плотности атмосферы взяты из базы данных VIRA. Параметры поглощения CO2, H2O и HDO рассчитаны на основе из баз данных "High-T", BT2 и VTT. Предполагается, что относительное содержание водяного пара постоянно под облаками, а отношение HDO/H2O в 127 раз меньше земного значения (Fedorova et al., 2015). Аэрозольные частицы приняты сферическими, состоящими из раствора серной кислоты с концентрацией 75%. Оптическая глубина, альбедо однократного рассеяния и параметр асимметрии рассчитываются по теории Ми на основе вертикальных профилей счетной концентрации аэрозольных частиц, представленных Р. Хаусом и др. в 2016 году (Haus et al., 2016). Свободными параметрами модели радиационного переноса являются относительное содержание водяного пара, непрозрачность облаков и излучательная способность поверхности. Моделирование также учитывает свечения молекулярного кислорода на 1.27 мкм. Спектр свечения рассчитывается на основе параметров спектральных линий из базы данных HITRAN (Bertaux et al., 2020). В настоящей работе проводится анализ всего массива данных ночных наблюдений теплового излучения Венеры спектрометром СПИКАВ-ИК для одновременного определения изменений оптической толщи облаков и содержания водяного пара в нижней атмосфере.
Данная работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант РНФ № 23-72-01064.