Исследование планетных атмосфер методом солнечного просвечивания с применением акустооптической фильтрации

• Автор: Беляев, Денис Анатольевич
• Шифр специальности: 01.03.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава I. МЕТОД СОЛНЕЧНОГО ПРОСВЕЧИВАНИЯ

В АТМОСФЕРАХ ПЛАНЕТ

§ 1. Обзор атмосферных исследований

с помощью солнечного просвечивания

§ 2. ИК спектроскопия солнечного просвечивания в атмосфере

§ 3. Отличительные особенности метода солнечного просвечивания

§ 4. Восстановление вертикальных профилей

Приложение

Выводы к Главе

Глава II. АКУСТООПТИКА В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ...33 § 5. Акустооптические устройства
в аэрокосмических экспериментах
§ 6. Акустооптическая (АО) фильтрация излучения
§ 7. Особенности использования АО фильтров в экспериментах
по спектроскопии. Вибрационные и температурные нагрузки
Выводы к Главе II
Глава III. СОЛНЕЧНОЕ ПРОСВЕЧИВАНИЕ В АТМОСФЕРЕ МАРСА
ПО ДАННЫМ ПРИБОРА СПИКАМ-ИК
§ 8. Научные задачи при ИК просвечивании на Марсе
§ 9. Аку стооптический спектрометр СПИКАМ
планетной миссии «Марс Экспресс»
§ 10. Наблюдения водяного пара в атмосфере Марса
Выводы к Главе III
Глава IV. СОЛНЕЧНОЕ ПРОСВЕЧИВАНИЕ В АТМОСФЕРЕ ВЕНЕРЫ
ПО ДАННЫМ ЭКСПЕРИМЕНТА SOIR
§11. Научные задачи при ИК просвечивании высокого
спектрального разрешения на Венере
§ 12. Акустооптический эшелле спектрометр SOIR
планетной миссии «Венера Экспресс»
§ 13. Лабораторные калибровки АО фильтра для прибора SOIR
§ 14. Полетные калибровки АО фильтра для прибора SOIR
§ 15. Одновременные наблюдения Н20 и HDO
над облаками Венеры
§ 16. Наблюдения S02 над облаками Венеры
Приложение
Выводы к Г лаве IV
Заключение
Литература
Список публикаций автора

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Экспериментальные исследования атмосферы планет методом солнечного и звездного просвечивания (также называемого затменным методом) позволяют провести детальный анализ вертикального распределения атмосферных газов и аэрозолей, а также структуры и динамики атмосферных слоев. Орбитальные измерения указанным способом дают возможность наблюдать эволюцию спектра пропускания атмосферы с высотой в реальном масштабе времени, избежав калибровок прибора по абсолютной величине интенсивности регистрируемого сигнала.
Первые орбитальные эксперименты по солнечному просвечиванию были проведены с искусственных спутников Земли (ИСЗ) и направлены в основном на мониторинг содержания озона, водяного пара, других газовых составляющих и аэрозолей в земной атмосфере. При этом использовались спектрометры различных типов ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов. Встречались приборы с очень высокой разрешающей способностью (А/ДА,~105), однако их громоздкие размеры и масса исключают применение такого оборудования в межпланетных миссиях.
Зондирование вертикальной структуры атмосферы других планет (в диссертационной работе рассматриваются Марс и Венера) имеет большой интерес для понимания эволюции их климата. Спектроскопические измерения затменным методом при достаточном спектральном разрешении (А/ДА.-104) в ближнем ИК-диапазоне позволяют получать вертикальные профили содержания летучих компонентов и их изотопов, например Н20 и НЛО. Эти профили помогают понять историю диссипации воды на планетах. Анализ профилей для серосодержащих газов (802, 80) в надоблачном слое Венеры является также индикатором масштабных фотохимических

Спектрометр СПИКАМ (ИК канал) для проекта «Марс Экспресс» (2003 г.) является первым опытом использования АОПФ в межпланетных экспедициях [58]. Прибор предназначен для измерений спектрального состава и структуры атмосферы Марса в диапазоне 1-1.6 мкм с разрешением
3.5 см'1. Более подробно об эксперименте СПИКАМ ИК будет сказано в Г лаве III.
Следующий запуск АО спектрометров в космос был осуществлен два с половиной года спустя в составе прибора СПИКАВ/СУАР (SPICAV/SOIR) миссии «Венера Экспресс» (2006 г.) [59]. На этот раз на орбите Венеры оказались сразу два АОПФ. Первый, «потомок» прибора СПИКАМ, -спектрометр СПИКАВ (ИК канал), решающий задачи исследования атмосферы Венеры. Второй АОПФ включен в схему эшелле спектрометра СУАР (SOIR) в качестве селектора дифракционных порядков эшелле-решетки. Прибор SOIR предложен для солнечного просвечивания с целью исследования вертикальной структуры атмосферы Венеры над облаками в спектральном диапазоне 2.2-4.4 мкм с разрешением 0.1-0.15 см'1. Более подробно об эксперименте SOIR будет сказано в Главе IV.
§ 6. Акустооптическая фильтрация излучения
В настоящее время большой интерес представляют АО методы управления оптическим излучением для решения задач спектроскопии и обработки изображений.
Сущность АО эффекта заключается в явлении дифракции света на фазовой решётке, создаваемой в среде акустической волной. На базе этого эффекта создаются различные АО устройства, позволяющие управлять любыми параметрами светового пучка, а также обрабатывать оптические и СВЧ сигналы в реальном масштабе времени. Основу подобных устройств составляет АО ячейка, состоящая из прозрачной среды (обычно это