Титан как источник ультрафиолетового и километрового излучений В.В. Зайцев, В. Е. Шапошников Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород. - презентация

1 Титан как источник ультрафиолетового и километрового излучений В.В. Зайцев, В. Е. Шапошников Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород

2 Сату́рн шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Экваториальный радиус планеты ~ 6х10 9 см ~ 9,5 R з Полярный радиус планеты ~ 5х10 9 см Состав: водород - ~ 96%, гелий - ~ 3% Период обращения T = 10 часов 39 минут Магнитное поле на экваторе ~ 0,2 Гс Радиус спутника ~ 2,6х10 8 см ~0,4 R з Радиус орбиты ~ 20 R S Невозмущенное магнитное поле Сатурна вблизи Титана (5- 10)х10 -5 Гс Скорость коротации на орбите Титана 130 км/с Наведенный потенциал на масштабе спутника ~ 10 кВ Состав атмосферы: азот - > 95%, метан – 1,6-4,9% Собственная магнитосфера отсутствует. Ионосфера: N max 4х10 3 см -3, h max 1220 км, N n 5x10 8 см -3 Снимки Сатурна и Титана КА «Кассини» Титан самый крупный спутник Сатурна и второй по величине спутник в Солнечной системе (крупнее только Ганимед, спутник Юпитера). Единственный спутник в Солнечной системе, имеющий плотную атмосферу (Р~1,45 атм.)

3 Километровое радиоизлучение Сатурна. Километровое радиоизлучение Сатурна было открыто во время полета космических аппаратов Voyager вблизи планеты. Излучение соответствует необыкновенной моде, имеет 100% круговую поляризацию, источники располагались в высокоширотной части обоих полушарий на дневной стороне планеты. Наблюдения на КА Cassini показали: 1)появляемость излучения коррелирует с положением спутника Титана на его орбите. Наблюдалось статистически значимое увеличение появляемости излучения, когда Титан находился на ночной стороне и уменьшение появляемости излучения, когда Титан находился на дневной стороне, в полуденном (12

4 Ускорение электронов в ионосфере Титана Титан обладает собственной атмосферой и ионосферой и движется в магнитном поле Сатурна с относительной скоростью, меньшей, чем альфвеновская и звуковая скорости в области орбиты спутника. - электрическое поле, индуцированное в ионосфере Титана - электрическое поле разделения зарядов в ионосфере Титана - гирочастота электронов e и ионов i - время свободного пробега в ионосфере Титана - доля нейтрального газа при ед. СГС

5 «Убегающие» электроны из ионосферы Титана поле Драйсера в ионосфере Титана столкновениями электронов с ионами можно пренебречь и торможение электронов обусловлено столкновениями с нейтральными частицами тепловая скорость электронов в невозмущенной ионосфере Развивается бунемановская неустойчивость, возникает аномальное сопротивление элек- трическому току, нагрев электронов и дополнительная ионизация в области ускорения Ускоряются до максимальной энергии E e ~ 5 кэВ и уходят из области ускорения электроны («убегающие» электроны), удовлетворяющие условию: сила трения, обусловленная столкновениями в ионосфере Титана В невозмущенной ионосфере электронов, удовлетворяющих этому условию мало установившаяся средняя скорость электронов

6 «Убегающие» электроны из ионосферы Титана тепловая скорость электронов в области ускорения численный коэффициент концентрация «убегающих» электронов концентрация ионосферных электронов в области ускорения - плотность потока энергии ускоренных электронов - мощность ускорительного механизма в ионосфере Титана высота ионосферного слоя дополнительный интеграл вероятностей

7 Предполагаем, что наблюдаемое ультрафиолетовое излучение из атмосферы Титана возбуждается электронами, ускоренными в ионосфере Титана Ультрафиолетовое излучение из ионосферы Титана - оценка потока ультрафиолетового излучения - наблюдаемый поток ультрафиолетового излучения молекулярного азота (Strobel & Shemansky, 1982)

8 Корреляция появляемости излучения с положением Титана на орбите Вариация интенсивности SKR в зависимости от положения Титан на орбите обусловлено двумя факторами. 1.Во время нахождения на ночной стороне Сатурна Титан попадает внутрь оболочки L ~ 14, вытянутой вследствие влияния кольцевого тока ( Connerney et al. 1984) Поэтому его электроны могут попадать в ночной источник SKR, расположенный на силовых линиях вблизи L ~ 10-15, и активировать его. 2.Ослабление источника SKR на дневной стороне обусловлено уменьшением магнитного поля вблизи дневной магнитопаузы, что приводит к уменьшению эффективности ускорения электронов, а также периодическим выходом Титана из магнитосферы планеты во время которого Титан оказывается не связанным посредством магнитного поля с источниками SKR. Рисунок из Connerney et al Рисунок из Menietti et al. 2007