3D NUMERICAL MODEL FOR STUDYING ELECTRON PRECIPITATION IN THE UPPER ATMOSPHERES OF VENUS-LIKE EXOPLANETS

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The paper presents a three-dimensional numerical model of solar wind plasma flow around a terrestrial planet that does not have its own magnetic field. The model is based on the approximation of multicomponent magnetohydrodynamics and takes into account ionization and recombination processes. The numerical model is validated using the example of the magnetosphere of Venus. Our model, in particular, allows us to calculate the structure and parameters of electron precipitation into the planet’s ionosphere. The developed model is supposed to be used to study observational manifestations of the potential biomarker NO in the atmospheres of exoplanets without their own magnetic field.

About the authors

A. G Zhilkin

Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences

Email: zhilkin@inasan.ru
Moscow, Russia

V. I Shematovich

Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

G. N Tsurikov

Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

D. V Bisikalo

Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences; National center of physics and mathematics

Moscow, Russia; Sarov, Russia

References

  1. O.L. Vaisberg, J.G. Luhmann, and C.T. Russell, J. Geophys. Res. 95, 14841 (1990).
  2. C.T. Russell, J.G. Luhmann, and R.J. Strangeway, Planet. Space Sci. 54(13-14), 1482 (2006).
  3. A.F. Nagy, D. Winterhalter, K. Sauer, T.E. Cravens, et al., Space Sci. Rev. 111(1), 33 (2004).
  4. T.E. Moore and J.L. Horwitz, Rev. Geophys. 45(3), id. RG3002 (2007).
  5. R. Ramstad and S. Barabash, Space Sci. Rev. 217(2), id. 36 (2021).
  6. В.И. Шематович, И.Ф. Шайхисламов, А.Г. Жилкин, И.С. Саванов, Г.Н. Цуриков, Д.В. Бисикало, ФИЗМАТ 1, 33 (2023).
  7. Y. Futaana, G. Stenberg Wieser, S. Barabash, and J.G. Luhmann, Space Sci. Rev. 212(3-4), 1453 (2017).
  8. T.L. Zhang, M. Delva, W. Baumjohann, H.-U. Auster, et al., Nature 450(7170), 654 (2007).
  9. C. Martinecz, A. Boesswetter, M. Fränz, E. Roussos, et al., J. Geophys. Res. Planet 114(E9), id. E00B30 (2009).
  10. J.R. Spreiter and S.S. Stahara, J. Geophys. Res. 85, 7715 (1980).
  11. J.E. McGary and D.H. Pontius, J. Geophys. Res. 99(A2), 2289 (1994).
  12. S. Cable and R.S. Steinolfson, J. Geophys. Res. 100(A11), 21645 (1995).
  13. T. Tanaka and K. Murawski, J. Geophys. Res. 102(A9), 19805 (1997).
  14. T. Tanaka, Adv. Space Res. 26(10), 1577 (2000).
  15. E. Kallio, J.G. Luhmann, and J.G. Lyon, J. Geophys. Res. 103(A3), 4723 (1998).
  16. R. Bauske, A.F. Nagy, T.I. Gombosi, D.L. De Zeeuw, K.G. Powell, and J.G. Luhmann, J. Geophys. Res. 103(A10), 23625 (1998).
  17. N. Terada, H. Shinagawa, T. Tanaka, K. Murawski, and K. Terada, J. Geophys. Res. Space Physics 114(A9), id. A09208 (2009).
  18. Y.J. Ma, A.F. Nagy, C.T. Russell, R.J. Strangeway, H.Y. Wei, and G. Toth, J. Geophys. Res. Space Physics 118(1), 321 (2013).
  19. N. Terada, S. Machida, and H. Shinagawa, J. Geophys. Res. Space Physics 107(A12), id. 1471 (2002).
  20. N. Terada, H. Shinagawa, and S. Machida, Adv. Space Res. 33(2), 161 (2004).
  21. E. Kallio, R. Jarvinen, and P. Janhunen, Planet. Space Sci. 54(13-14), 1472 (2006).
  22. E. Kallio, T.L. Zhang, S. Barabash, R. Jarvinen, et al., Planet. Space Sci. 56(6), 796 (2008).
  23. A.P. Matthews, J. Comput. Phys. 112(1), 102 (1994).
  24. A.G. Zhilkin, D.V. Bisikalo, and V.I. Shematovich, Astron. Rep. 66(3), 245 (2022).
  25. D.V. Bisikalo, V.I. Shematovich, and B. Hubert, Universe 8(8), id. 437 (2022).
  26. V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, and G.N. Tsurikov, Atmosphere 14(7), id. 1092 (2023).
  27. V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, G.N. Tsurikov, and A.G. Zhilkin, Astron. Rep. 68 (2024), in print.
  28. G.N. Tsurikov and D.V. Bisikalo, Astron. Rep. 67(2), 125 (2023).
  29. G.N. Tsurikov and D.V. Bisikalo, Astron. Rep. 67(11), 1123 (2023).
  30. H. Lammer, L. Sproß, J.L. Grenfell, M. Scherf, L.Fossati, M. Lendl, and P.E. Cubillos, Astrobiology 19(7), 927 (2019).
  31. L. Sproß, M. Scherf, V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, and H. Lammer, Astron. Rep. 65(4) 275 (2021).
  32. V.S. Meadows and R.K. Barnes, in Handbook of Exoplanets, edited by H.J. Deeg and J.A. Belmonte (Springer Intern. Publ. AG, part of Springer Nature, 2018), id. 57.
  33. S.-S. Huang, Publ. Astron. Soc. Pacific 71(422), 421 (1959).
  34. J.F. Kasting, D.P. Whitmire, and R.T. Reynolds, Icarus 101(1), 108 (1993).
  35. A.A. Boyarchuk, B.M. Shustov, I.S. Savanov, M.E. Sachkov, et al., Astron. Rep. 60(1), 1 (2016).
  36. B.M. Shustov, M.E. Sachkov, S.G. Sichevsky, R.N. Arkhangelsky, et al., Solar System Res. 55(7), 677 (2021).
  37. C.A. Barth, D.N. Baker, K.D. Mankoff, and S.M. Bailey, Geophys. Res. Letters 28(8), 1463 (2001).
  38. C.A. Barth, K.D. Mankoff, S.M. Bailey, and S.C. Solomon, J. Geophys. Res. Space Physics 108(A1), id. 1027 (2003).
  39. J.C. Gerard and C.A. Barth, J. Geophys. Res. 82(4), 674 (1977).
  40. C.A. Barth, Planet. Space Sci. 40(2-3), 315 (1992).
  41. P.C. Cosby, J. Chemical Physics 98(12), 9544 (1993).
  42. C.W. Walter, P.C. Cosby, and H. Helm, J. Chemical Physics 99(5), 3553 (1993).
  43. V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, and J.C. Gérard, Geophys. Res. Letters 18(9), 1691 (1991).
  44. J.C. Gérard, V.I. Shematovich, and D.V. Bisikalo, Geophys. Res. Letters 18(9), 1695 (1991).
  45. V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, and J.C. Gérard, Ann. Geophysicae 10(10), 792 (1992).
  46. J.C. Gérard, V.I. Shematovich, and D.V. Bisikalo, The Upper Mesosphere and Lower Thermosphere: A Review of Experiment and Theory, edited by R.M. Johnson and T.L. Killeen (Washington, D.C., AGU); Geophys. Monograph Ser. 87, 235 (1995).
  47. J.C. Gérard, D.V. Bisikalo, V.I. Shematovich, and J.W. Duff, J. Geophys. Res. 102(A1), 285 (1997).
  48. C.A. Barth, S.M. Bailey, and S.C. Solomon, Geophys. Res. Letters 26(9), 1251 (1999).
  49. A.G. Zhilkin and D.V. Bisikalo, Universe 7(11), id. 422 (2021).
  50. J.G. Luhmann, Space Science Reviews 44(3-4), 241 (1986).
  51. J.-Y. Chaufray, J.-L. Bertaux, E. Quémerais, E. Villard, and F. Leblanc, Icarus 217(2), 767 (2012).
  52. J.-Y. Chaufray, J.-L. Bertaux, E. Quémerais, F. Leblanc, and S. Sulis, Icarus 262, 1 (2015).
  53. Б.Н. Гершман, Динамика ионосферной плазмы (М.: Наука, 1974).
  54. R.W. Schunk and A.F. Nagy, Ionospheres: physics, plasma physics, and chemistry (Cambridge Univ. Press, 2009).
  55. A. Garcia Muñoz, Planet. Space Sci. 55(10), 1426 (2007).
  56. А.Г. Жилкин, Ю.Г. Гладышева, В.И. Шематович, Д.В. Бисикало, Астрон. журн. 100(12), 1190 (2023).
  57. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Электродинамика сплошных сред (М.: Физматлит, 2003).
  58. E.J. Weber and L.Davis, Jr., Astrophys. J. 148, 217 (1967).
  59. A.G. Zhilkin, Astron. Rep. 67(4), 307 (2023).
  60. Д.В. Бисикало, А.Г. Жилкин, А.А. Боярчук, Газодинамика тесных двойных звезд (М.: Физматлит, 2013).
  61. А.Г. Жилкин, А.В. Соболев, Д.В. Бисикало, М.М. Габдеев, Астрон. журн. 96(9), 748 (2019).
  62. I. Whittaker, G. Guymer, M. Grande, B. Pinter, et al., J. Geophys. Res. 115(A9), id.A09224 (2010).
  63. С.А. Романов, В.Н. Смирнов, О.Л. Вайсберг, Космич. исслед. 16(5), 746 (1978).
  64. J.A. Slavin, R.E. Holzer, J.R. Spreiter, and S.S. Stahara, J. Geophys. Res. 89(A5), 2708 (1984).
  65. C.T. Russell, E. Chou, J.G. Luhmann, P. Gazis, L.H. Brace, and W.R. Hoegy, J. Geophys. Res. 93(A6), 5461 (1988).
  66. N.M. Schneider, J.I. Deighan, S.K. Jain, A. Stiepen, et al., Science 350(6261), id. 0313 (2015).
  67. J.-C. Gérard, L. Soret, V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, and S.W. Bougher, Icarus 288, 284 (2017).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».