DataLife Engine > Версия для печати > Спектрометричне сканування атмосфери і поверхні Землі

В«спектрометричнихСКАНУВАННЯ АТМОСФЕРИ І ПОВЕРХНІ ЗЕМЛІ В»

ЗМІСТ

Введення

1.Принципова схема дистанційного зондування

2. Апаратурадля аерокосмічних досліджень

Література

ВСТУП

Матеріалидистанційного зондування (ДЗ) є частиною великої системи збору,переробки, реєстрації та використання даних. Правильно організованасистема дистанційних досліджень повинна бути орієнтована на рішенняконкретних геологічних завдань, що обумовлюють вибір орбіт космічнихносіїв, набір датчиків, характер збору, переробки і передачі на наземнікомплекси первинних даних і тип представляються користувачеві матеріалів.

1. ПРИНЦИПОВА СХЕМАДИСТАНЦІЙНОГО Зонування

На рис. 1зображена спрощена структурна схема системи ДЗ. Система складається здекількох взаємопов'язаних елементів, або блоків.

Рис. 1. Структурна схемасистеми дистанційного зондування

Сцена - це те, що знаходиться переддатчиком; побудова геологічної моделі сцени є в самому загальному вигляді тієїметою, заради якої створюється система. Вивчення сцени на відстані можливозавдяки тому, що вона виявляє себе в фізичних полях, які можутьбути виміряні. Найбільш часто використовуються випромінюють або відбиті електромагнітніхвилі, в останньому випадку необхідний джерело освітлення , пасивний(Наприклад. Сонце) або активний (лазери, радіолокатори та ін.) Фізичні полявимірюються датчиками , що входять до складу висотного комплексу ,який крім вимірювань служить для первинної обробки і передачі даних наЗемлю. Дані, закодовані в електромагнітному сигналі або записані на твердотіліносії (фотоплівки, магнітні стрічки тощо), доставляються в наземнийкомплекс , в якому відбувається їх приймання, обробка, реєстрація та зберігання.Після обробки дані зазвичай переписуються в кадрову форму і видаються вЯк матеріалів дистанційного зондування , які за традицієюназиваються космічними знімками. Користувач , спираючись на зовнішню базузнань, а також власний досвід та інтуїцію, проводить аналіз та інтерпретаціюматеріалів ДЗ і створює геологічну модель сцени, яка і єформою реєстрації вирішення поставленої проблеми. Достовірність моделіперевіряється зіставленням, або ідентифікацією моделі і сцени;ідентифікація замикає систему і робить її придатною для прикладногокористування.

Системи ДЗрозробляються в двох варіантах - оріентірованниe на зображення іорієнтовані на число. Перший варіант розрахований на візуальне дешифруванняматеріалів ДЗ, які в свзи з цим надаються користувачу у вигляді КС.Другий враховує можливість автоматичного (комп'ютерного) розпізнаваннягеологічних та інших образів. Образні і числові варіанти дистанційногозондування доповнюють один одного. Незважаючи на те, що технологіяавтоматичного розпізнавання образів з'явилася пізніше і пов'язана з прогресивнимі дорогим технічним забезпеченням, візуальний аналіз і геологічна(Екологічна) інтерпретація КС зберігають своє лідируюче становище. Щобзрозуміти причини цієї ситуації, необхідно розглянути основні способи отриманняматеріалів дистанційного зондування та зіставити принципи, що лежать в основіавтоматичного і візуального дешифрування МДЗ.

Техніка одержання матеріалів дистанційного зондування При зйомці земної поверхні істотну роль граєвибір орбіти польоту ШСЗ. Для фотографування Землі переважними єкругові орбіти, завдяки чому досягається однаковими масштаб знімків по всійтрасі польоту ІСЗ. Велике значення має нахил орбіти - величина кута,утвореного площиною екватора і площиною орбіти. Залежно від способуорбіти бувають екваторіальними (нахил 0 В°), полярними (нахил 90 В°) іпохилими. При запуску ШСЗ на полярні (або квазіполярние) орбіти бортоваапаратура використовується для дослідження всієї земної поверхні. При кутахнахилу орбіт до 50-60 В° приполярні області не потрапляють в поле зору бортовийапаратури. Типиорбіт датчиків дистанційного зондування Рис. 2. Залежність зони огляду дистанційного датчика відтипу орбіти

Нахиленняорбіти ШСЗ є важливим параметром, так як визначає широтний поясповерхні Землі, який підлягає фотографуванню. Траса польоту ІСЗ НЕможе вийти за межі цього широтного поясу, тому від способу івисотиорбіти залежить ширина фотографічної смуги. Тут встановлюєтьсяпряма залежність: чим більше кут нахилу орбіти і чим більше її висота, тимширше снимаемая смуга земної поверхні (рис.2). Крім кругових орбіт, пояким зазвичай літають метеорологічні супутники, ПКК та орбітальні станції,для постійного спостереження за глобальними процесами на Землі використовуютьсяеліптичні орбіти з великою різницею висот в апогеї і перигеї. По відношеннюдо Сонця або Землі виділяють два види орбіт - геосинхронну і геліосінхронную.

геосинхронну(Геостаціонарні) орбіти призначені для руху супутника навколо Землі зкутовою швидкістю, рівної швидкості обертання Землі, що обумовлює зависаннясупутника над певною ділянкою земної поверхні і постійне спостереженняза ним.

Геліосінхронниеорбіти призначені для повторних зйомок одних і тих же ділянок земноїповерхні при однакових умовах освітлення через рівні проміжки часу.Прикладом може служити американський супутник "Лендсат", літаючий погеліосінхронной орбіті і повертається у вихідну точку зйомки через 18 діб.Зйомка з геліосінхронних орбіт може широко використовуватися для вивченнядинаміки сучасних геологічних процесів.

Фотозйомки

фотографічнихзйомку поверхні Землі з висот більше 150 - 200км прийнято називатикосмічної. Відмінною рисою КС є високий ступінь оглядовості, охопленняодним знімком великих площ поверхні. В залежності від типу застосовуваноїапаратури і фотоплівок, фотографування може проводитися у всьому видимомудіапазоні електромагнітного спектра, в окремих його зонах, а також в ближньомуІК (інфрачервоному) діапазоні. Масштаби зйомки залежать від двох найважливішихпараметрів: висоти зйомки і фокусної відстані об'єктива. Космічні фотоапаратив залежності від нахилу оптичної осі дозволяють отримувати планові і перспективнізнімки земної поверхні.

В данийчас використовується фотоапаратура з високим дозволом, що дозволяє отримуватиКС з перекриттям 60% і більше. Спектральний діапазон фотографування охоплюєвидиму частину ближньої інфрачервоної зони (до 0,86 мкм). Для зйомки земноїповерхні з ПКК використовуються фотографують системи наступних марок:Кате-140, МКФ-6, ФМС і ДР. Фотографічна камера МКФ-6М має шістьспектральних каналів, що працюють в наступних зонах спектра (мкм): 0,45 - 0,50;0,52-0,56; 0,58-0,62; 0,64-0,68; 0,70-0,74; 0,78-0,86. Зображення відрізняєтьсявисоким дозволом і може бути збільшено в кілька разів без втратиінформативності. Масштаб знімків, знятих з висоти 265 км, небагатьом дрібніше 1:2 000 000. Зональні знімки 1-4 каналів витримують збільшення до 60 разів тав такому збільшеному вигляді цілком придатні для цілей геологічного дешифрування.Знімки, отримані по п'ятому і шостому каналах, витримують збільшення тільки10Х. Відзначимо, що фотографічна зйомка - в даний час самийінформативний вид зйомки з космічного простору. Оптимальний розмірвідбитка 18х18 см, який, як показує досвід, узгоджується з фізіологієюлюдського зору, дозволяючи бачити все зображення одночасно. Длязручності користування з окремих КС, що мають перекриття, монтуються фотосхеми(Фотомозаікі) або фотокарти з топографічною прив'язкою опорних точок зточністю 0,1 мм і точніше. Для монтажу фотосхем використовуються тільки плановіКС. Для приведення різномасштабного, зазвичай перспективного КС до плановоговикористовується спеціальний процес, званий трансформуванням. ТрансформованіКС з успіхом використовуються для складання космофотосхем і космофотокарт ізазвичай легко прив'язуються до географічній сітці координат. ...

сканерназйомки

В данийчас для зйомок з космосу найбільш часто використовуються багатоспектральніоптико-механічні системи - сканери, встановлені на ШСЗ різного,призначення. За допомогою сканерів формуються зображення, що складаються з безлічіокремих, послідовно одержуваних елементів. Термін"Сканування" позначає розгортку зображення за допомогоюскануючого елемента (хитного або обертового дзеркала), поелементнопереглядає місцевість поперек руху носія і посилає променистийпотік в об'єктив і далі на точковий датчик, що перетворює світловий сигнал велектричний. Цей електричний сигнал надходить на приймальні станції поканалах зв'язку (мал.). Зображення місцевості отримують безперервно на стрічці,складеної з смуг - сканів, складених окремими елементами - пікселами.Сканерна зображення можна отримати в усіх спектральних діапазонах, алеособливо ефективним є видимий і ІК-діапазони. При зйомці земноїповерхні за допомогою скануючих систем формується зображення, кожному елементуякого відповідає яскравість випромінювання ділянки, що знаходиться в межахмиттєвого поля зору. Сканерна зображення - впорядкований пакет яскравіснихданих, переданих по радіоканалах на Землю, які фіксуються на магнітнустрічку (в цифровому вигляді) і потім можуть бути перетворені в кадрову форму. Вгеології використовуються матеріали сканерна зйомок з ШСЗ серії"Метеор". На цих супутниках встановлені скануючі пристроїрізної конструкції: з малим дозволом - МСУ-М, із середнім дозволом -МСУ-З, з конічною розгорткою - МСУ-СК, з електронною розгорткою - МСУ-Е(Табл. 3).

Таблиця

: Технічні характеристики скануючих пристроїв Параметри МСУ-М МСУ-З МСУ-СК МСУ-Е Смуга огляду, км 1930 1380 600 28 Кут сканування, град 106 90 66,5 2,5 Число елементів в активній частині рядка 1880 5700 3614 1000 Число спектральних каналів 4 2 4 3 Дозвіл на місцевості по рядку, км 1 0,24 0,175 0,028 Маса, кг 4,5 5,5 47 17

Найважливішоюхарактеристикою сканера є кут сканування (огляду) і миттєвий кутзору, від величини якого залежать ширина знімається смуги і дозвіл. ВЗалежно від величини цих кутів сканери ділять на точні і оглядові. У точнихсканерів кут сканування зменшують до В± 5 В°, а у оглядових збільшують до В± 50 В°.Величина дозволу при цьому обернено пропорційна ширині знімається смуги.

Добрезарекомендував себе сканер нового покоління, названий "тематичнихкартографом ", яким були оснащені американські ШСЗ" Лендсат-4 і-5 ". Сканер типу "тематичний картограф" працює в семидіапазонах з роздільною здатністю 30 м у видимому діапазоні спектру і 120 м в ІК-діапазрне. Цей сканер дає великий потік інформації, обробка якої вимагає більшогочасу; у зв'язку з чим сповільнюється швидкість передачі зображення. число пікселівна знімках досягає більш 36 млн. на кожному з каналів. Скануючі пристроїможуть бути використані не тільки для отримання зображень Землі, але і длявимірювання радіації - скануючі радіометри - і випромінювання - скануючіспектрометри.

Радарнізйомки

Радіолокаційна(РЛ) або радарна зйомка - найважливіший вид дистанційних досліджень.Використовується в умовах, коли безпосереднє спостереження поверхні планетутруднене різними природними умовами: щільною хмарністю, туманом і т.п. Вона може проводитися в темний час доби, оскільки є активною. Длярадарної зйомки зазвичай використовуються радіолокатори бічного огляду (ЛБО),встановлені на літаках та ШСЗ.

За допомогою ЛБОрадіолокаційна зйомка здійснюється в радіодіапазоні електромагнітногоспектра. Сутність зйомки полягає в посилці радіосигналу, що відбивається понормалі від досліджуваного об'єкта і фіксованої на приймачі, встановленому наборту носія. Радіосигнал виробляється спеціальним генератором. Часповернення його в приймач залежить від відстані до об'єкта, що вивчається. Цейпринцип роботи радіолокатора, що фіксує різний час проходженнязондуючого імпульсу до об'єкта і назад, використовується для отриманняРЛ-знімків. Зображення формується біжучим по рядку світловим плямою. Чимдалі об'єкт, тим більше часу треба на проходження відбиваного сигналу дойого фіксації електронно-променевою трубкою, поєднаної зі спеціальною кінокамерою.

Придешифруванні радарних знімків слід враховувати тон зображення і йоготекстуру. Тонові неоднорідності РЛ-знімка залежать від літологічнихособливостей порід, розміру їх зернистості, стійкості процесамвивітрювання. Тонові неоднорідності: можуть варіювати від чорного до світлогокольору. Досвід роботи з РЛ-знімками показав, що чорний тон відповідає гладкимповерхням, де, як правило, відбувається майже повне відображення посланогорадіосигналу. Великі річки завжди мають чорний тон. Текстурні неоднорідностіРЛ-зображення залежать від ступеня розчленованості рельєфу і можуть бутитонкосетчатимі, полосчатим, масивними і ін полосчата текстураРЛ-зображення, наприклад, характерна для гірських районів, складених частошарами, що чергуються осадових або метаморфічних порід, масивна - длярайонів розвитку інтрузивних утворень. Особливо добре виходить наРЛ-знімках гідромережа. Вона дешифрується краще, ніж на фотознімках. Високадозвіл РЛ-зйомки в районах, покритих густою рослинністю, відкриваєширокі перспективи її використання. У багатьох частинах Землі, зокрема узатаеженних районах Сибіру, вЂ‹вЂ‹Я долині Амазонки і т. п.

Радарнісистеми бічного огляду з кінця 70-х років стали встановлювати на ШСЗ. Так,наприклад, перший радіолокатор був встановлений на американському супутнику"Сісат", призначеному для вивчення динаміки океанічнихпроцесів. Пізніше був сконструйований радар, випробуваний під час польотівкосмічного корабля "Шатл". Інформація, отримана за допомогою цьогорадара, представляється у вигляді чорно-білих і ложноцветних синтезованих фото-,телезображення або записів на магнітну стрічку. Роздільна здатність 40 м. Інформація піддається числової і аналогової обробки, такий же, що і сканерна знімки системи"Лендсат". Це значною мірою сприяє отриманню високихрезультатів дешифрування. У багатьох випадках РЛ-знімки виявляютьсягеологічно більш інформативними, ніж знімки "Лендсат". Найкращийрезультат досягається і при комплексному дешифруванні матеріалів того ііншого видів. РЛ-знімки успішно використовуються для вивчення важко-абонедоступних територій Землі - пустель і областей, розташованих у високихширотах, а також поверхню інших планет.

классичесвже стали результати картування поверхні Венери - планети, вкритої потужнимхмарним шаром. Удосконалення РЛ-апаратури повинно спричинити за собоюподальше підвищення ролі радіолокації в дистанційних дослідженнях Землі,особливо при вивченні її геологічної будови.

Тепловізйомки

Інфрачервона(ІК), або теплова, зйомка заснована на виявленні теплових аномалій шляхомфіксації теплового випромінювання об'єктів Землі, обумовленого ендогенним тепломабо сонячним випромінюванням. 0на. широко застосовується в геології. Температурнінеоднорідності поверхні Землі виникають в результаті неоднакового нагріваннярізних її ділянок. Інфрачервоний діапазон спектру електромагнітних коливаньумовно ділиться на три частини (в мкм):

В·ближній(0,74-1,35),

В·середній(1,35-3,50)

В·дальній(3,50-1000).

Сонячне(Зовнішнє) і ендогенне (внутрішнє) тепло нагріває геологічні об'єктипо-різному в залежності від літологічних властивостей порід, теплової інерції,вологості, альбедо та багатьох інших причин. ІЧ-випромінювання, проходячи черезатмосферу, вибірково поглинається, у зв'язку з чим теплову зйомку можна веститільки в з...оні розташування так званих "вікон прозорості" -місцях пропускання ІЧ-променів. Дослідним шляхом виділено чотири основних вікнапрозорості (в мкм): 0,74-2,40; 3,40-4,20; 8,0-13,0; 30,0-80,0. Деякідослідники виділяють більше число вікон прозорості. в першому вікні (до 0,84мкм) використовується відбите сонячне випромінювання. Тут можна застосовуватиспеціальні фотоплівки і працювати з червоним фільтром. Зйомка в цьому діапазоніназивається ІЧ-фотозйомкою.

В іншихвікнах прозорості працюють вимірювальні прилади - тепловізори, перетворюючіневидиме інфрачервоне випромінювання у видиме за допомогою електроннопроменевих трубок, фіксуючитеплові аномалії. На ІЧ-зображеннях світлими тонами фіксуються ділянки знизькими температурами, темними - з відносно більш високими. Яскравість тонипрямо пропорційна інтенсивності теплової аномалії. ІЧ-зйомку можнапроводити в нічний час. На ІЧ-знімках, отриманих з ШСЗ, чітко вимальовуєтьсяберегова лінія, гідрографічна мережа, льодова обстановка, тепловінеоднорідності водного середовища, вулканічна діяльність і т. п. ІЧ-знімкивикористовуються для складання теплових карт Землі. Лінійно-смугові тепловіаномалії, які виявляються при ІК-зйомці, інтерпретуються як зони розломів, аінтенсивності.При цьомупорід.

ГеологічніВ даний

ш.

пара.ВеликийУмовиш. ш.

ш.

Отриманідані свідчать про ведучого значенні для іоносфери реакції: СО 2 + + Oв†’ + Про 2 + .

Виміри в нижніх шарахатмосфери привели до тиску у поверхні планети в точці посадки СА, рівному7,3 мбар (точка посадки на 2,9 км вище середнього рівня марсіанської поверхні,якому відповідає тиск 6,1 мбар) і температурі 241К при вертикальномуградієнті температури в приповерхневому шарі, що становить 3,7 К/км. Щільністьповітря, оцінена по швидкості парашутування, дорівнює 0,0136 кг/м 3 на висоті 2,7 км, що вказує на переважно вуглекислотний складатмосфери. У шарі 25-90 км температура варіює в межах 120-165К принаявності піків на висотах 30 і 64 км, а вище 140 км плавно переходить в зону температур, отриману за даними мас-спектрометра.

Здійснений в роботахпопередній аналіз ізотопного складу марсіанської атмосфери за данимивимірювань за допомогою мас-спектрометра для нейтральних частинок на висотах100-200 км під час спуску СА В«Вікінга-1В» привів до висновку, що в атмосферіпереважає СО 2 за наявності слідів N 2 , Ar, Про 2 ,СО і О. Відносний вміст ізотопів кисню і вуглецю виявилосяприблизно таким же, як у земній атмосфері.

Розглянутий аналізпривів до значень 18 0/ 16 0 = 0,0020 + 0,0001 або 0,0021 +0,0002. Так як для земної атмосфери відповідне середнє значеннястановить 0,00204, то марсіанська атмосфера не може бути в скільки-істотному ступені збагачена 18 Про порівняно із земною атмосферою(Найімовірніше, що подібне збагачення не перевищує 3%). Аналогічнаситуація має місце у відношенні 13 С. Однак відношення концентрацій 15 N/ 14 N= 0,0064 В± 0,001 тоді як в умовах земної атмосфери це відношення дорівнює0,00368.

Звідси випливає, щомарсіанська атмосфера збагачена ізотопом 15 N в порівнянні із земноюприблизно на 75%. Мабуть, це збагачення обумовлене підвищеною диссипациейатомів 14 N з верхньої атмосфери Марса. Оцінка коефіцієнта дифузіїз урахуванням такого припущення дала значення 10 8 см 2 /с,узгоджується з отриманими раніше результатами. Слід вважати ймовірним, щозміст молекулярного азоту в марсіанській атмосфері в геологічному минуломубуло значно вищим, забезпечуючи парціальний тиск не менше 2мбар.

Аналогічний аналіз,відноситься до ізотопах кисню, привів до висновку про необхідність існуваннядуже потужного джерела кисню. Збагачення ізотопом 18 О,що становить менше 3%, вимагає обміну вуглекислим газом або водяною парою міжпідповерхневим резервуаром і атмосферою, який передбачає утримання цихгазових компонентів, еквівалентне тиску не менше 2 бар.

При допомозімас-спектрометра, встановленого на СА В«Вікінг-1В» і призначався (впоєднанні з газовим хроматографом) перш за все для визначення складуорганічних компонентів грунту, Оуен і Біманн [90] виконали аналіз хімічногоскладу атмосфери. Протягом четвертих і п'ятих діб після посадки зробленошість серій вимірювань через інтервали часу близько 6 годин. Перші чотирисерії виконані після видалення СО і СО 2 (СО 2 + як продукт цих компонентів утрудняє аналіз на молекулярний азот), аінші дві серії - з безпосередніми пробами повітря. У табл. 7представлені осредненние по п'яти серіях результати вимірювань (третя серіявиявилася невдалою).

Таблиця

Попередні даніпро склад атмосфери біля поверхні Марса

Компонент Зміст,%

Вуглекислий газ

Кисень

Азот

Аргон

Ставлення 36 Аг/ 40 Аг

0,1-0,4

2-3

1-2

1:2752 В± 500

Звідси видно, щовиміряний вміст азоту узгоджується з отриманою раніше оцінкою та данимивимірювань під час спуску СА. Концентрація аргону значно перевищуєвиявлену за даними АМС В«Марс-6В», не узгоджується з результатами вимірювань учас спуску. Зміст 36 Аr виявилося приблизно в 10 разів меншим,ніж у земних умовах. Окис вуглецю не була виявлена, зважаючи на її малійконцентрації, що знаходиться за межею чутливості мас-спектрометра. Заданими для піків мас при 44, 45 і 46 виявлені концентрації 13 С і 18 О,опинилися близькими до земних значенням.

Встановлений наспусковому апараті АМС В«Вікінг-1В» рентгенівський флуоресцентний спектрометр,який був призначений для елементного аналізу марсіанського грунту,використовувався також з метою вимірювань вмісту деяких газових компонентіватмосфери [14]. Особливу увагу привертала задачавизначення концентрації аргону. Вимірювання привели до висновку, що парціальнийтиск аргону не перевершує 0,15 мбар (довірчий рівень складає95%). Якщо врахувати, що атмосферний тиск в точці посадки становило 7,7мбар, це призводить до відносної об'ємної концентрації аргону, складовою2%, що добре узгоджується з даними мас-спектрометричних вимірювань на СА.По-видимому, аргон має переважно радіогенного походження, будучипродуктом розпаду 40К. У зв'язку з цим важливе значення має визначеннявмісту калію в марсіанському грунті.

Протягом серпня 1976 р. при допомозі мас-спектрометра, встановленого на СА В«Вікінг-1В», тривали вимірюваннявідносного вмісту ізотопів аргону, вуглецю, кисню та азоту, а такожвжито пошуки інших малих компонентів, особливо благородних газів.Вироблялися аналізи як безпосередньо взятих, так і збагачених (шляхом видаленняСО і СО 2 ) проб атмосфери, що дозволяло підвищити відносну концентраціюмалих компонентів в 8,5 рази.

Таблиця

Ізотопні відносини вмарсіанської та земної атмосферах

Компонент Марс Земля

15 N/ 14 N

13 C/ 12 C 18 O/ 16 O

36 А/ 38 А

0,0064-0,0050

0,0118 В± 0,0012

0,00189 В± 0,0002

4-7

0,00363

0,0112

0,00204

5,3

У табл. 8 представленірезультати вимірювань ізотопних відносин в зіставленні з даними для земноїатмосфери, що свідчать про більш високої концентрації 15 N вмарсіанській атмосфері в порівнянні із земною (ці результати можуть бути, однак,недостатньо точні, зважаючи можливого впливу десорбції 13 СО вприлад...і). Недостатньо надійні і дані по аргону, які слідрозглядати лише як виявили ізотопне відношення, близьке до земного.Спроба виявлення метану, неону, криптону і ксенону не дала позитивногорезультату.

Вимірювання на САВ«Вікінг-2В» із збагаченням зразків повітря в 10 разів дозволили визначитизміст криптону і ксенону, виявивши, що криптон присутня в бГільшихкількостях, ніж ксенон. Відносний вміст різних ізотопів криптонублизько відповідає земним значенням, але відношення концентрації ксенону-129 іксенону-132 виявилося більш високим, ніж в земній атмосфері.

Отримані результатидозволяють вважати мало ймовірним, що Марс міг мати в минулому масивнупервісну атмосферу, яка була потім поступово В«здутиВ» сонячнимвітром, так як в противному випадку відношення концентрацій 36 Аr ікриптону повинно бути набагато меншим, ніж у земній атмосфері, оскількиВ«ЗдуванняВ» аргону більш ефективно, ніж криптону. Виявлена вЂ‹вЂ‹в атмосферіМарса низька концентрація аргону свідчить про одну з наступнихможливостей: 1) на Марсі в період його формування мало місце зниженийвміст летких компонентів (це, однак, мало ймовірно, з огляду на близькістьпланети до Сонця); 2) значна частина первісної атмосфери планетипіддавалася В«здуваннюВ» сонячним вітром, в процесі якого відбувавсязміна складу атмосфери; 3) на Марсі не було такої інтенсивної дегазаціїтвердої оболонки планети, як на Землі. Остання можливість є найбільшвірогідною.

Важливе значення маєфакт переважання криптону над ксеноном в марсіанській атмосфері (аналогічнаситуація спостерігається в земній атмосфері), тоді як зворотне справедливо дляскладу протопланетной газової компоненти звичайних або карбонатних хондритів. Взв'язку з цим можна припустити, що на Марсі відбувався подібний земномупроцес переважної адсорбції ксенону, що виділився при дегазації осадовимипородами. Можливо, що подібний процес мав місце на Марсі в періодифлювіального ерозії. Альтернативне (або додаткове) припущення полягає вте, що ксенон був поглинений реголітом.

Низька концентраціяаргону свідчить про необхідність внести поправки в оцінки концентраціїінших летких компонентів, засновані на припущенні про високий вмістаргону. Однак мале порівняно із земним відношення концентрації ізотопіваргону вказує, очевидно, на велику складність процесів дегазації наМарсі, ніж це передбачається за аналогією з Землею.

Можна вважати, що Марс іЗемля мають, в цілому, подібний склад і тому продукція газів здійснюється воднакових пропорціях, але дегазація і вивітрювання були на Марсі набагато меншеповними. Значна частина летких компонентів могла бути захоплена шарамивічної мерзлоти (Н 2 О), полярними шапками (Н 2 О, СО 2 ),хімічно пов'язана в грунті (нітрати, оксиди, карбонати) або діссіпіровалі. Якщоприйняти таку гіпотезу, то з неї випливає, що маса марсіанської атмосфери вМинулого не могла перевищувати сучасну більш, ніж в 10 разів, тобто тиск уповерхні не перевершувало 100 мбар. Існування величезних кількостейВ«ПохованихВ» СО 2 і Н 2 Про допускає, однак, можливістьциклічних або епізодичних варіацій клімату, які могли обумовитипоява флювіальних структур рельєфу. [1, 14-17]

Структурні параметри

Вимірювання на ділянцівходу СА в марсіанську атмосферу дозволили отримати відомості про вертикальнихпрофілях структурних параметрів. Вхід СА В«Вікінг-2В» (САВ-2) в атмосферу Марсастався 3 вересня 1976 близько 15 год 49 м по тихоокеанському денному часу, що відповідає місцевим ранку. Структура марсіанської атмосфери вранці нависотах до 100 км, визначена за даними акселерометріческіх (на висотах більше25 км) і прямих (парашутний спуск) вимірювань під час входу СА в атмосферу,характеризується наявністю майже ізотермічного шару 1,5-4 км поблизу поверхніпланети з вертикальним градієнтом температури не більше 1,3 К/км на висотах,переважаючих 2,5 км. Вертикальний градієнт температури в шарі 5-19 км нижчеадіабатичного і дорівнює 1,8 К/км, а в вищерозміщених товщі атмосфери спостерігаєтьсяхвилеподібний перебіг температури.

Різниця в порівнянні зданими САВ-1, згідно з якими вертикальний градієнт температури становить3,7 К/км, обумовлено впливом добового ходу (дані САВ-1 відносяться допослєполудєнному часу). Атмосферний тиск біля поверхні виявилосяприблизно на 10% вище (7,75 мбар) зареєстрованого в той же момент часу вточці посадки СА В«Вікінг-1В» (6,98 мбар). Це визначається тим фактом, що САВ-2здійснив посадку в точці, що знаходиться на рівні, який на 2,7 км нижче відлікового рівня марсіанського еліпсоїда (рівня 6,1 мбар поверхні) і приблизно на0,96-1,20 км нижче рівня САВ-1. Щільність повітря біля поверхні дорівнює 0,0180кг/м 3 . Отриманий вертикальний профіль температури на висотах до 100 км узгоджується (принаймні, якісно) з даними, знайденими раніше на основі використаннямоделі теплових припливів.

Для зміни температуриз висотою характерний хвилеподібний характер при амплітуді хвилі, зростаючоїприблизно до 25 К на висоті 90 км. Вертикальні довжини хвиль (відстані міжекстремумами) варіюють у межах 17-23 км (теоретичні розрахунки приводять дозначенням, рівним 22-24 км). Мабуть, подібні хвилі є наслідкомшаруватої структури вертикальних осциляції і пов'язані з нагріванням і охолодженням,зумовленими стисненням та розширенням (необхідний коефіцієнт стиснення на висотахменше 80 км повинен варіювати в межах 0,80-1,26). Останні визначаютьсявпливом добового ходу температури поверхні планети.

Як це необхідно дляпоширення гравітаційних хвиль, атмосфера стійка до конвекції, завинятком, можливо, деяких ділянок планети. В обох точках посадки САтемпература атмосфери скрізь істотно вище рівня конденсації вуглекислогогазу, що виключає можливість формування димки з сухого льоду влітку впівнічній півкулі принаймні до 50 В° с. ш. Слід, таким чином,вважати, що спостережуваний на цих широтах приповерхній туман складається зконденсату водяної пари.

За данимимас-спектрометричних вимірювань щільності вуглекислого газу під час зниженняСА В«Вікінг-1, -2В» (САВ-1 і САВ-2) розраховані вертикальні профілі температурина висотах 120-200 км. Розрахунки зроблені на основі барометричної формули ззастосуванням ітераційної схеми, що передбачає пошарове визначеннятемператури, починаючи з рівня верхньої межі, де атмосфера спочаткупередбачається ізотермічної в межах інтервалу висот, охоплюваного першимидвома точками вимірювань. Вертикальні профілі температури відновлені незалежнопо іонним пікам, відповідним масовим числам 44, 22 і 12, що дозволяєоцінити точність визначення температури.

В обох випадках (САВ-1 іСАВ-2) вертикальні профілі температури мають хвилеподібну структуру нависотах більше 30 км (для порівняння використані дані, що відносяться до висот0-100 км), причому амплітуда хвилі зростає з висотою в шарі 50-120 км. Вдекількох інтервалах висот вертикальний градієнт температури близький доадіабатичному. У разі даних САВ-1 хвильова структура профілю температуриможе бути обумовлена вЂ‹вЂ‹впливом добового припливу. Амплітуда хвилі менше врайоні зниження САВ-2, що, ймовірно, пов'язано з більш високою широтою цього району.

Отримані значеннятемператури термосфери Марса значно нижче (<200 К), ніж знайдені ранішеза даними вимірювань УФ свічення атмосфери з АМС В«Марінер-6, -7, -9В». Це можнапояснити як впливом відстані до Сонця (вимірювання на CAB зроблені в період,коли Марс був близький до апогею при відстані близько 1,64 а. е., тоді як АМСВ«МарінерВ» функціонували при положенні планети, близькому до перигелії при відстаніблизько 1,43 а. е.), так і відмінностями потоку енергії, що переноситься приливами знижньої атмосфери в верхню.

Дані САВ-2 виявляютьнесподіване зростання температури вище 170 км, достовірність якого потребує ретельної перевірки. Порівняння обчислених за барометричної формулоювертикальних профілів концентрації аргону та азоту з виміряними дозволилооцінити коефіцієнт турбулентного перемішування на різних висотах,в...аріююча від 2,1-5,0 Х 10 7 см 2 /с на рівні 100 км до 1,2-4,2 - 10 9 см 2 /с на висоті 170 км. Модельні розрахунки вертикальних профілів концентрації СО, NO і О 2 виявили гарна згода зрезультатами вимірювань.

Побудовано модельмарсіанської іоносфери, відповідна даним САВ-2. Аналіз розглянутихданих привів до висновку, що відносини суміші азоту, аргону і кисню восновний товщі атмосфери дорівнюють 2,4 В· 10 -2 ; 1,5 В· 10 -2 і1,6 В· 10 -3 , відповідно. Верхня атмосфера збагачена окисомвуглецю і азоту в порівнянні з нижньої, де відносини суміші цих компонентскладають близько 8.10 -4 і 10 -8 -10 -9 .

2 . АПАРАТУРА ДЛЯ АЕРОКОСМІЧНИХДОСЛІДЖЕНЬ

Науковаапаратура модуля 77КСІ "Природа" "Аліса"

Науковаапаратура (НА) "Аліса" є лідаром (лазерним локатороматмосферних утворень), встановленим в модулі "Природа" і призначенимдля геофізичних досліджень з космосу:

В·визначенняверхньої межі хмарного шару;

В·вимірюваннявертикального розподілу атмосферного аерозолю;

В·можливоговимірювання аерозолів спорадичного походження.

НА працює вкомплексі з радіометром "Исток" і наземними станціями.

НАрозташована в ПГО-3 модуля "Природа" і працює через ілюмінатор № 2.НА складається з власне лідара та системи охолодження СВТ.

Технічніхарактеристики:

Параметр Значення Вертикальне дозвіл, м 150 Горизонтальний дозвіл, м 200 Довжина хвилі випромінювача, нм 532 Частота імпульсів, Гц 50 Термін служби, годину 20-100 Напруга живлення, В 27 Робочий струм, А 100 Потужність СВТ, Вт 105 Маса СВТ, кг 42,7 Ресурс СВТ, років 3

ДК-33

Прилад ДК-33призначений для вимірювання бистропеременних і стаціонарних полів яскравості вспектральному діапазоні від 120 до 1100 нм і дослідження їх впливу на службовуі наукову оптичну апаратуру. В УФ-діапазоні такі вимірювання проводятьсявперше.

Блискокремих частинок визначається за наведеною до поля зору еквівалентноїяскравості фону. Цільовим призначенням приладу ДК-33 є фотометричнийконтроль стану навколишнього середовища в зоні службової та наукової оптичноїапаратури та корисного вантажу на всіх етапах НІ вироби.

Прилад чотириканальний;характеристики застосовуваних каналів наведені в таблиці:

№ каналу Спектральний діапазон, нм Діапазон яркостей, Вт/м * стр. 1 120-180

10 -7 -10 -2

2 180-350

10 -7 -10 -2

3 350-600

Прилад

В·

Технічніхарактеристики:

В·

В·параметрів

В·

В·розподілу

Складкомплексу.

В·

Технічніхарактеристики:

Значення 7

Апаратура

В·

Технічніхарактеристики:

Склад

В·

В·система

В·

Склад

В·

ІК

В·

В·автоматично

В·калібрувальний

В·

Технічніхарактеристики:

Апаратура

В·

Технічніхарактеристики:

Метою

В·

В·а;

В·зйомка внутрішніхводойм і поверхні океану в районі шельфу.

Види зйомок:

В·у всіхспектральних діапазонах видимого спектру зі звичайним дозволом;

В·у видимомудіапазоні спектра з підвищеним дозволом;

В·стереозйомки ввидимому діапазоні спектру з звичайним дозволом.

Зйомкаполігонів забезпечується за рахунок орбітального руху вироби і поперечногосканування поверхні Землі ПЗС-приймачів.

В складапаратури Момсен-2П входять:

В·оптичний модульмасою 181 кг (встановлюється зовні модуля 77КСІ);

В·антени Момсен НАВ(3 шт. Системи GPS);

В·блок живлення;

В·магнітофонDCRSi-107 з касетами.

Тип приладу -модульний оптичний багатоспектральних стереосканер, що дозволяє зніматиповерхню Землі в 4 спектральних діапазонах (канали: 1,2,3,4-спектральні,6,7-стерео, 5А, 5В-високого дозволу).

Характеристикиканалів:

Канал 1 2 3 4 5 6 7 Довжина хвилі, нм 440-505 530-575 645-680 770-810 520-760 520-760 520-760 Поле зору, град 15 15 15 15 7,2 13,9 13,9 Дозвіл з висоти 350 км, м 15,9 15,9 15,9 15,9 5,3 15,9 15,9

<...b> Технічніхарактеристики:

Параметр Значення Маса, кг 250 Потужність максимальна, Вт 540 Потужність в режимі скиданняінформації, Вт 440 Інформативність БІСУП, Мбайт/с 7,64 Час безперервної роботи, хв 20 Ресурс, років 1,5

МСУ-СК

Приладпризначений для отримання і передачі на Землю зображення підстилаючоїповерхні в однорядковому режимі у видимому, ближньому і далекому ІК діапазонах.

Технічніхарактеристики:

Найменування Значення Температура корпусу, С -27 ... +37 Робочий тиск, Па

10 5

Число спектральних каналів 5 Кутове дозвіл для всіх каналів,мрад 0,186 Енергоспоживання, Вт 295 Час безперервної роботи, хв 20 Перерва між включеннями, хв 70 Маса, кг 56 Ресурс, година 1500

МСУ-Е (багатофункціональне скануючийпристрій з електронною розгорткою)

Апаратураскладається з двох приладів МСУ-Е. Прилад призначений для отримання зображенняпідстильної поверхні Землі.

Припроведенні експерименту вісь + Z модуля 77КСІ повинна бути спрямована по місцевоївертикалі з похибкою +1 вЂ‹вЂ‹кут. град. Вісь Х повинна бути спрямована понапрямку польоту, кут С-О-З повинен бути більше 115 угл. град. Зйомкапроводиться при мінімальній хмарності.

Прилади маютьнегерметичні корпусу.

Технічніхарактеристики:

Найменування Значення Температура корпусу, С