Вспышки молний в облачном слое Венеры обнаружены в ближнем инфракрасном диапазоне

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Л. В. Ксанфомалити

Институт космических исследований РАН

Author for correspondence.
Email: kos.is@cosmos.ru
Russian Federation, Москва

References

  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)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Comparative scheme of operation of the Venera, Pioneer Venus, and AKATSUKI spacecraft in recording electromagnetic radiation of lightning and searching for its optical flashes.

Download (119KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Electromagnetic radiation pulses recorded on 08.II.1979 by the OEFD instrument aboard the Pioneer Venus orbiter, Orbit 66. The pulses were observed in the low pericenter of the orbit of the spacecraft.

Download (22KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Field strength of numerous electromagnetic pulses recorded on 25.XII.1978 by the "Groza" instrument on the Venus-11 lander, attributed to lightning. Fragment of the record from the height of 10 km to the surface. The reason for the differences in intensity at 18 and 36 kHz remains unknown.

Download (26KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Periodic changes in field strength from a distant source recorded by the Groza instrument on the Venera-11 spacecraft rotating during descent in the planet's atmosphere. The periodicity was due to the directivity effect of the instrument's frame antenna.

Download (14KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Night images in the wavelength of 2.26 μm obtained on 13.VIII.2016 at 2 h intervals (00:33:33, 02:33:33, and 04:33:33 UTC). A star-shaped L-object with rays (in the circle) at latitude about 36° N is most clearly represented in the middle image (02:33:33:33). Its size is about 600 km, with rays extending out to 1000 km.

Download (45KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Top row - L-object in three consecutive images, second row - the same images with upward shifted black level, rows 3 and 4 - brightness distribution along the section lines of the second row images.

Download (65KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Figure a is the original image taken on 20.X.2016 at 09:48:33 UTC, with a bright band in the equatorial region. The coordinates of the subsatellite point are 8.26° S, 182° E. Figure b is the same image with a reproducible brightness threshold > 140 mW m-2 μm-1 sr-1. Figure c is the brightness distribution along the section lines. All bright points correspond to the saturation level of the detector elements.

Download (64KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Fragment of the image of Fig. 7c, showing a small spot where about 10 flashes were registered through a cloudy medium with an optical thickness of about 0.7.

Download (10KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Point traces of suspected lightning flashes in the northern hemisphere along the lines of partial or complete cloud breaks. The images were taken on 19.X.2016 at 2 h intervals (from left to right at 14:33:32, 16:33:33, and 18:33:33 UTC) at a planet-centered altitude of the instrument of 123,278 km. The threshold of reproducible brightnesses was set at about 140 mW m-2 μm-1 sr-1.

Download (26KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Individual non-repeating point patterns, some with rays, have high brightness, up to the detector saturation level. Presumably, they can be attributed to deep breaks in the cloud medium or to super lightning flashes. The brightness along the slant lines in the image fragments is shown by the diagrams. The saddle at the maximum of the plots usually indicates the achieved saturation level of the detector. The image was taken by the IR2 camera on 25.III.2016 at 07:33:33 UTC.

Download (57KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. The bright point objects are about 30-50 km in size. The pair of images allows us to compare two images acquired by the IR2 camera on 2.VIII.2016 at 08:33:34 and 10:33:34 UTC, with bright, up to the detector saturation level, fine details missing in the left image.

Download (53KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences