RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2018

 / 

Март

←  →

Обзоры актуальных проблем


Диссипация планетных атмосфер: физические процессы и численные модели

 а,  б
а Институт астрономии РАН, ул. Пятницкая 48, Москва, 119017, Российская Федерация
б Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН, ул. А.Н.Косыгина 19, Москва, 119991, Российская Федерация

Рассматриваются процессы диссипации (убегания) планетных атмосфер, физические механизмы, ответственные за их природу, математические модели и численные методы, используемые для анализа этого явления с учётом ограничений, налагаемых доступными экспериментальными данными. Подробно обсуждаются структурные и динамические особенности аэрономии Земли и планет земной группы, лежащие в основе определения скоростей поглощения энергии и атмосферного убегания. Представлен разработанный авторами кинетический метод Монте-Карло для исследования тепловых и нетепловых процессов диссипации атмосферы. Исходя из этого подхода и результатов наблюдений на космических аппаратах приводятся оценки потери атомов из атмосфер Венеры и Марса за счёт различных источников, обсуждается их роль в современную эпоху и на ранних этапах эволюции этих планет. Актуальность данных исследований стимулируется открытием экзопланет, изучением диссипации их газовых оболочек на основе разрабатываемых моделей и вероятным влиянием механизма убегания на формирование планетной атмосферы и климата.

Текст pdf (1,1 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2017.09.038212
Ключевые слова: планетные атмосферы, аэрономия, моделирование, надтепловые атомы, тепловые и нетепловые процессы диссипации, кинетический метод Монте-Карло, экзопланеты
PACS: 02.70.−c, 92.60.−e, 96.30.Ea, 96.30.Gc (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2017.09.038212
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2018/3/a/
000435395400001
2-s2.0-85048446140
2018PhyU...61..217S
Цитата: Шематович В И, Маров М Я "Диссипация планетных атмосфер: физические процессы и численные модели" УФН 188 233–265 (2018)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 28 марта 2017, доработана: 15 сентября 2017, 21 сентября 2017

English citation: Shematovich V I, Marov M Ya “Escape of planetary atmospheres: physical processes and numerical models” Phys. Usp. 61 217–246 (2018); DOI: 10.3367/UFNe.2017.09.038212

Список литературы (137) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (18) Похожие статьи (20)

  1. Marov M Ya, Shematovich V I, Bisicalo D V Space Sci. Rev. 76 1 (1996)
  2. Shizgal B D, Arkos G G Rev. Geophys. 34 483 (1996)
  3. Johnson R E et al. Space Sci. Rev. 139 355 (2008)
  4. Massol H et al. Space Sci. Rev. 205 153 (2016)
  5. Lammer H et al. Mon. Not. R. Astron. Soc. 439 3225 (2014)
  6. Kasting J F, Pollack J B Icarus 53 479 (1983)
  7. Chassefière E J. Geophys. Res. 101 26039 (1996)
  8. Chassefière E Icarus 126 229 (1997)
  9. Marov M Ya, Grinspoon D H The Planet Venus (New Haven: Yale Univ. Press, 1998)
  10. Wordsworth R, Pierrehumbert R Science 339 64 (2013)
  11. Tian F et al. Science 308 1014 (2005)
  12. Erkaev N V et al. Astrobiology 13 1011 (2013)
  13. Маров М Я, Гальцев А П, Шари В П Астрон. вестн. 19 15 (1985); Marov M Ya, Gal'tsev A P, Shari V P Solar Syst. Res. 19 9 (1985)
  14. Marov M Ya The Fundamentals of Modern Astrophysics. A Survey of the Cosmos from the Home Planet to Space Frontiers (New York: Springer, 2015)
  15. Kasting J F Icarus 74 472 (1988)
  16. Ramirez R M et al. Nature Geosci. 7 59 (2014)
  17. Halevy I, Head J W (III) Nature Geosci. 7 865 (2014)
  18. Wordsworth R et al. Geophys. Res. Lett. 44 665 (2017)
  19. Маров М Я Космос. От Солнечной системы вглубь Вселенной (М.: Физматлит, 2016)
  20. Tian F, Kasting J F, Solomon S C Geophys. Res. Lett. L02205 (2009)
  21. Hunten D M Planet. Space Sci. 30 773 (1982)
  22. Maров M Я, Koлесниченко А В Введение в планетную аэрономию (М.: Наука, 1987)
  23. Chamberlain J W, Hunten D M Theory of Planetary Atmospheres. An Introduction to Their Physics and Chemistry (Orlando: Academic Press, 1987)
  24. Shematovich V I et al. J. Geophys. Res. 108 5085 (2003)
  25. Wayne R P Chemistry of Atmospheres. An Introduction to the Chemistry of the Atmospheres of Earth, the Planets, and Their Satellites 2nd ed. (Oxford: Oxford Univ. Press, 1991)
  26. Крестьяникова М А, Шематович В И Астрон. вестн. 40 418 (2006); Krestyanikova M A, Shematovich V I Solar Syst. Res. 40 384 (2006)
  27. Shematovich V I, Bisikalo D V, Gérard J-C J. Geophys. Res. 99 23217 (1994)
  28. Bisikalo D V, Shematovich V I, Gérard J-C J. Geophys. Res. 100 3715 (1995)
  29. &Oddot;pik E J, Singer S F Phys. Fluids 4 221 (1961)
  30. Chamberlain J W Planet. Space Sci. 11 901 (1963)
  31. Yelle R V Icarus 170 167 (2004)
  32. Volkov A N et al. Astrophys. J. Lett. 729 L24 (2011)
  33. Parker E N Astrophys. J. 139 72 (1964)
  34. Watson A J, Donahue T M, Walker J C G Icarus 48 150 (1981)
  35. Tian F et al. Comparative Climatology of Terrestrial Planets (Eds S J Mackwell et al.) (Tucson: Univ. of Arizona Press, 2013) p. 567
  36. Shematovich V I, Ionov D E, Lammer H Astron. Astrophys. 571 A94 (2014)
  37. Vidal-Madjar A, Bertaux J L Planet. Space Sci. 20 1147 (1972)
  38. Hartle R E Planet. Space Sci. 21 2123 (1973)
  39. Kim Y H, Son S, Kim J J. Korean Astron. Soc. 34 25 (2001)
  40. De La Haye V et al. J. Geophys. Res. 112 A07309 (2007)
  41. Шематович В И Астрон. вестн. 38 28 (2004); Shematovich V I Solar Syst. Res. 38 31 (2004)
  42. Fox J L, Galand M I, Johnson R E Space Sci. Rev. 139 3 (2008)
  43. Nagy A F, Banks P M J. Geophys. Res. 75 6260 (1970)
  44. Nagy A F et al. Geophys. Res. Lett. 8 629 (1981)
  45. Nagy A F, Cravens T E Geophys. Res. Lett. 15 433 (1988)
  46. Nagy A F, Kim J, Cravens T E Ann. Geophys. 8 251 (1990)
  47. Kim J et al. J. Geophys. Res. 103 29339 (1998)
  48. Nagy A F et al. J. Geophys. Res. 106 21565 (2001)
  49. Shizgal B, Lindenfeld M J Planet. Space Sci. 27 1321 (1979)
  50. Shizgal B D J. Gephys. Res. 104 14833 (1999)
  51. Kabin K, Shizgal B D J. Geophys. Res. 107 5053 (2002)
  52. Bird G A Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows (Oxford: Clarendon Press, 1994)
  53. Shematovich V et al. J. Geophys. Res. 104 4287 (1999)
  54. Shematovich V I, Bisikalo D V, Gérard J-C Geophys. Res. Lett. 32 L02105 (2005)
  55. Shematovich V I et al. Icarus 173 480 (2005)
  56. Крестьяникова М А, Шематович В И Астрон. вестн. 39 26 (2005); Krest'yanikova M A, Shematovich V I Solar Syst. Res. 39 22 (2005)
  57. Marconi M L, Dagum L, Smyth W H Astrophys. J. 469 393 (1996)
  58. Leblanc F, Johnson R E Planet. Space Sci. 49 645 (2001)
  59. Valeille A et al. Icarus 206 18 (2010)
  60. Michael M, Johnson R E Planet. Space Sci. 53 1510 (2005)
  61. Smyth W H, Marconi M L Icarus 181 510 (2006)
  62. Combi M R Icarus 123 207 (1996)
  63. Bisikalo D V et al. Astrophys. J. 798 21 (2015)
  64. Shematovich V I, Bisikalo D V, Ionov D E Characterizing Stellar and Exoplanetary Environments (Astrophysics and Space Science Library) Vol. 411 (Eds H Lammer, M Khodachenko) (Berlin: Springer, 2015) p. 105
  65. Маров М Я, Шематович В И, Бисикало Д В Кинетическое моделирование разреженного газа в задачах аэрономии (М.: ИПМ им. М.В. Келдыша, 1990)
  66. Marov M Ya et al. Nonequilibrium Processes in the Planetary and Cometary Atmospheres: Theory and Applications (Astrophysics and Space Science Library) Vol. 217 (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1997)
  67. Ferziger J H, Kaper H G Mathematical Theory of Transport Processes in Gases (Amsterdam: North-Holland, 1972); Пер. на русск. яз., Ферцигер Дж, Капер Г Математическая теория процессов переноса в газах (М.: Мир, 1976)
  68. Змиевская Г И, Пярнпуу А А, Шематович В И ДАН СССР 248 561 (1979); Zmievskaya G I, Pyarnpuu A A, Shematovich V I Sov. Phys. Dokl. 24 692 (1979)
  69. Шематович В И Математическое моделирование 14 (8) 44 (2002)
  70. Шематович В И Математические задачи прикладной аэрономии (Под ред. М Я Марова) (М.: ИПМ им. М.В. Келдыша, 1987) с. 199
  71. Шематович В И, Бисикало Д В, Жерар Ж-К Неустойчивые процессы во Вселенной (Отв. ред. А Г Масевич) (М.: Космосинформ, 1994) с. 230
  72. Shematovich V AIP Conf. Proc. 1084 1047 (2008)
  73. Пярнпуу А А, Чередов В В, Шематович В И Математическое моделирование 13 (7) 88 (2001)
  74. Stantcheva T, Shematovich V I, Herbst E Astron. Astrophys. 391 1069 (2002)
  75. Яницкий В Е Весовые схемы статистического метода частиц в ячейках ((Сообщения по прикладной математике)) (М.: ВЦ АН СССР, 1990)
  76. Rjasanow S, Wagner W J. Comput. Phys. 124 243 (1996)
  77. Леонтович М А ЖЭТФ 5 211 (1935)
  78. Kac M The Boltzmann Equation. Theory and Application (Eds E G D Cohen, W Thirring) (Vienna: Springer-Verlag, 1973) p. 379
  79. Prigogine I Non-equilibrium Statistical Mechanics (New York: Interscience Publ., 1962); Пер. на русск. яз., Пригожин И Неравновесная статистическая механика (М.: Мир, 1964)
  80. Van Kampen N G Stochastic Processes in Physics and Chemistry; Пер. на русск. яз., Ван Кампен Н Г Стохастические процессы в физике и химии (М.: Высшая школа, 1990)
  81. Ivanov M S, Rogasinsky S V Sov. J. Numer. Anal. Math. Modell. 3 453 (1988)
  82. Rjasanow S, Schreiber T, Wagner W J. Comput. Phys. 145 382 (1998)
  83. Gr&oddot;ller H et al. J. Geophys. Res. Planets 12017 (2010)
  84. Gr&oddot;ller H et al. Planet. Space Sci. 98 93 (2014)
  85. Шематович В И Астрон. вестн. 47 475 (2013); Shematovich V I Solar Sys. Res. 47 437 (2013)
  86. Шематович В И, Маров М Я Докл. РАН 461 660 (2015); Shematovich V I, Marov M Ya Dokl. Phys. 60 188 (2015)
  87. Fox J L J. Phys. Conf. Ser. 4 32 (2005)
  88. Hickey M P, Richards P G, Torr D G J. Geophys. Res. 100 17377 (1994)
  89. Gérard J-C et al. Geophys. Res. Lett. 22 279 (1995)
  90. Kella D et al. Science 276 1530 (1997)
  91. Cosby P C J. Chem. Phys. 98 9560 (1993)
  92. Van Zyl B, Stephen T M Phys. Rev. A 50 3164 (1994)
  93. Johnson R E Energetic Charged-Particle Interactions with Atmospheres and Surfaces (Physics and Chemistry in Space) Vol. 19 (New York: Springer-Verlag, 1990)
  94. Gérard J-C et al. J. Geophys. Res. 105 15795 (2000)
  95. Shematovich V I et al. J. Geophys. Res. 116 A11320 (2011)
  96. Kharchenko V et al. J. Geophys. Res. 105 24899 (2000)
  97. Balakrishnan N, Kharchenko V, Dalgarno A J. Geophys. Res. 103 23393 (1998)
  98. Shematovich V I et al. J. Geophys. Res. 113 E02011 (2008)
  99. Шематович В И Астрон. вестн. 44 108 (2010); Shematovich V I Solar Syst. Res. 44 96 (2010)
  100. Gröller H et al. Geophys. Res. Lett. 39 L03202 (2012)
  101. Hodges R R (Jr.) J. Geophys. Res. 105 6971 (2000)
  102. Zhang P et al. J. Geophys. Res. 114 A07101 (2009)
  103. Kim J et al. J. Geophys. Res. 103 29339 (1998)
  104. Fox J L, Hać A B Icarus 204 527 (2009)
  105. Vaisberg O Planet. Space Sci. 119 69 (2015)
  106. Chaufray J Y et al. Geophys. Res. Lett. 42 9031 (2015)
  107. Deighan J et al. Geophys. Res. Lett. 42 9009 (2015)
  108. Lee Y et al. Geophys. Res. Lett. 42 9015 (2015)
  109. Hubert B et al. Icarus 207 549 (2010)
  110. Soret L et al. Icarus 264 398 (2016)
  111. Bisikalo D V et al. Icarus 282 127 (2017)
  112. Schneider N M et al. Science 350 aad0313 (2015)
  113. Brain D A et al. J. Geophys. Res. 108 1424 (2003)
  114. Akalin F et al. Icarus 206 104 (2010)
  115. Shematovich V I et al. J. Geophys. Res. 118 1231 (2013)
  116. Шематович В И и др. Астрон. вестн. 48 343 (2014); Shematovich V I et al. Solar Syst. Res. 48 317 (2014)
  117. Gunell H et al. Planet. Space Sci. 53 433 (2005)
  118. Fox J L, Hac A B Icarus 228 375 (2014)
  119. Fox J L J. Geophys. Res. 109 A08306 (2004)
  120. Chassefière E, Leblanc F, Langlais B Planet. Space Sci. 55 343 (2007)
  121. Barabash S et al. Nature 450 650 (2007)
  122. Halekas J S et al. Geophys. Res. Lett. 42 8910 (2015)
  123. Kallio E, Barabash S J. Geophys. Res. 106 165 (2001)
  124. Wang X-D et al. EPSC Abstracts 10 EPSC2015-174 (2015)
  125. Wang X-D et al. J. Geophys. Res. 121 190 (2016)
  126. Jakosky B M et al. Science 350 aad0210 (2015)
  127. Vidal-Madjar A et al. Nature 422 143 (2003)
  128. García Muñoz A Planet. Space Sci. 55 1426 (2007)
  129. Murray-Clay R A, Chiang E I, Murray N Astrophys. J. 693 23 (2009)
  130. Bisikalo D V et al. Astrophys. J. 764 19 (2013)
  131. Shaikhislamov I F et al. Astrophys. J. 795 132 (2014)
  132. Luger R, Barnes R Astrobiology 15 119 (2015)
  133. Ионов Д Э, Шематович В И Астрон. вестн. 49 373 (2015); Ionov D E, Shematovich V I Solar Syst. Res. 49 339 (2015)
  134. Ионов Д Э, Шематович В И, Павлюченков Я Н Астрон. журн. 94 381 (2017); Ionov D E, Shematovich V I, Pavlyuchenkov Ya N Astron. Rep. 61 387 (2017)
  135. Цветков А Г, Шематович В И Астрон. вестн. 44 195 (2010); Tsvetkov A G, Shematovich V I Solar Syst. Res. 44 177 (2010)
  136. Koskinen T T et al. Icarus 226 1695 (2013)
  137. Бисикало Д В и др. Астрон. журн. 90 779 (2013); Bisikalo D V et al. Astron. Rep. 57 715 (2013)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение