Изучение тропосферы Венеры по данным наблюдений СПИКАВ-ИК в окнах прозрачности

Наблюдение теплового излучения нижней атмосферы и поверхности Венеры в “окнах прозрачности” является незаменимым инструментом для дистанционного изучения тропосферы и облачного слоя (47-70 км) планеты [1]. “Окнами прозрачности” называются узкие спектральные интервалы, расположенные между сильными полосами поглощения углекислого газа. В данной работе рассматривается спектральный интервал 1-1.3 мкм, охватывающий окна прозрачности 1.0, 1.1, 1.18, 1.28 и 1.31 мкм. В этом спектральном диапазоне наблюдается тепловое излучение, испускаемое горячей поверхностью и атмосферой на высотах 0-20 км [1]. Интенсивность излучения главным образом определяется рассеянием в облачном слое, состоящем из капель концентрированной серной кислоты. Рассматриваемый спектральный диапазон охватывает полосы поглощения водяного пара (H2O) на 0.9-1.0 и 1.10-1.20 мкм, что позволяет изучить содержание этого газа в нижней атмосфере Венеры. Интенсивность излучения также зависит от излучательной способности поверхности. Спектральный диапазон окна прозрачности 1.28 мкм частично совпадает с полосой свечения молекулярного кислорода 1.27 мкм, которое формируется на высоте 96 км [1].
В 2006-2014 гг. инфракрасный (ИК) канал спектрометра СПИКАВ на борту космического аппарата “Венера-Экспресс” проводил наблюдения ночной стороны планеты. Прибор измерял спектры пяти рассматриваемых окон прозрачности Венеры с разрешающей способностью ~1400 [2]. Наблюдения СПИКАВ-ИК охватывают большую часть поверхности Венеры.
Измеренные спектры оптимизируются с помощью модели радиационного переноса с учетом многократного рассеяния. Модель основана на программном пакете DISORT, реализующем метод дискретных ординат [3]. Вертикальные профили температуры, давления и плотности атмосферы были получены из базы данных VIRA. Поглощение CO2, H2O и HDO рассчитано на основе высокотемпературных спектроскопических баз данных. Предполагается, что относительное содержание водяного пара постоянно под облаками, а отношение HDO/H2O в 127 раз меньше земного значения [4]. Аэрозольные частицы облаков рассматриваются сферическими, состоящими из раствора серной кислоты с концентрацией 75%. Оптическая толщина, альбедо однократного рассеяния и параметр асимметрии рассчитываются по теории Ми на основе модели вертикальных профилей концентрации аэрозольных частиц, представленной Р. Хаусом и др. [5]. Для описания экспериментальных данных, свободными параметрами модели радиационного переноса задаются относительное содержание водяного пара, оптическая толщина 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 [6].
В настоящей работе проводится анализ массива данных ночных наблюдений теплового излучения Венеры спектрометром СПИКАВ-ИК в диапазоне 1-1.3 мкм. Полученная оптическая толщина облаков характеризуется значительной изменчивостью. Предварительный анализ показал, что относительное содержание H2O в нижней атмосфере Венеры составляет 27±2 ppm.
Данная работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант РНФ № 23-72-01064.