Solar System Research

Помимо кратеров на поверхности Венеры наблюдаются радиационно светлые и темные пятна-сплотчи, образование которых, как предполагается, вызвано воздействием ударной волны. Оценки, основанные на приближенных моделях торможения астероидов в атмосфере и точечных взрывах, обосновывают предположение о том, что темные пятна возникают в результате сильного разрушения (распыления) камней ударной волной вблизи эпицентра взрыва, при давлениях порядка 1–10 ГПа, а светлая внешняя часть сплотчей объясняется сдувом мелких частиц потоком воздуха со скоростями порядка 100 м/с на бóльших расстояниях. Проведенные в данной работе прямые расчеты фрагментации и торможения астероидов с размерами 0.6–1 км показали, что максимальные значения давления значительно ниже, чем необходимые для разрушения камней, и делается вывод о том, что более вероятным механизмом образования темных пятен является плавление поверхностного слоя тепловым излучением болида.

Проведен расчет негидростатических напряжений в недрах Марса без учета длинноволновой компоненты. Численное решение системы уравнений упругого равновесия для гравитирующей планеты проводилось на сетке с разрешением 1° × 1° по широте и долготе. В качестве граничных условий использовались данные о топографии и гравитационном поле планеты, начиная с седьмой гармоники. Большинство эпицентров мароотрясений расположено в зонах растяжений и достаточно больших касательных напряжений, возникающих в результате отклонения планеты от состояния гидростатического равновесия. Приведены направления главных осей напряжений и их соответствие простиранию геологических структур на поверхности планеты.

Приведен обзор научных публикаций, посвященных математической задаче перехода от распределений по минимальным массам экзопланет, обнаруженных методом лучевых скоростей, к их распределению по физическим массам. Описаны методы решения данной задачи, как аналитические, так и численные, проведено обсуждение полученных результатов. В заключение описаны еще не решенные проблемы, нуждающиеся в дальнейшей дискуссии.

В настоящее время найдены планеты, подобные Земле, около других звезд. Нами исследовались спектры планет, подобных Земле, но с различными периодами осевого вращения. Используя модель общей циркуляции атмосферы ССМ3 и рассматривая циркуляцию атмосферы в течение двух лет, мы вычислили спектры излучения Земли и экзоземли, вращающихся с периодами 1 и 100 сут., соответственно. При вычислении спектров излучения атмосфер использовалась программа SBDART. Мы анализировали спектр восходящего излучения на высотах в 1 и 11 км при длине волны от 1 до 18 мкм, а также от 0.3 до 1 мкм. Для Земли и экзоземли получены следующие общие черты: 1) планеты имеют широкий интервал абсорбции CO₂ около 14 мкм; 2) нет существенных различий для спектров излучения в разных местах около экватора (однако для некоторых областей, например, около полюсов, могут быть существенные различия в спектрах); 3) если интегрировать спектр по всему диску планеты, то разница в сигнале спектра, полученного при наблюдениях Земли/экзоземли с различных направлений, значительно снижается по сравнению с наблюдениями отдельных областей планет, но все же заметна разница в интегрированном сигнале спектра для Земли и экзоземли (например, эта разница заметна в случае спектра, полученного на высоте 11 км, при наблюдениях с Южного и Северного полюсов, но разница небольшая, если наблюдать весь диск с различных направлений экватора). Различия в спектрах экзопланет, отличающихся от Земли только периодом осевого вращения, сравнимы с различиями, связанными с изменением угла наблюдения планеты. Поэтому изучение спектра нельзя использовать для определения периода осевого вращения планеты, если угол наблюдения не известен. Максимальные отличия в спектрах экзопланет, подобных Земле, получены для длины волны ~5–10 мкм и ~13–16 мкм. Анализируя спектр с длиной волны около 9.4–10 мкм, мы можем определить, имеет ли атмосфера экзопланеты озон или нет. Локальный минимум при длине волны 9.4–10 мкм отсутствует на графиках восходящего излучения на высоте 11 км при отсутствии озона, но этот минимум имеется на графиках моделей с озоном. Так как озон важен для жизни, то полоса 9.4–10 мкм может быть важна для будущих наблюдений экзопланет, похожих на Землю.

Одним из подходов повышения эффективности межпланетных перелетов является использование низкоэнергетических траекторий с малым изменением энергии при совершении перелета (транзита) от одного массивного тела к другому. В работе рассматривается подход к проектированию транзитных траекторий, основанных на пролете вблизи точек либрации L₁ и L₂ с околонулевой скоростью, что соответствует минимально возможному изменению энергии на траектории. Для модели ограниченной круговой задачи трех тел эти траектории соответствуют движению по инвариантным многообразиям точек либрации. Моделирование движения по транзитным траекториям и оценка их характеристик (длительности временного захвата и доступных областей пространства) проводится в рамках круговой и эллиптической задачи трех тел. Выполнен анализ влияния соотношения масс двух массивных тел и эксцентриситета орбиты меньшего тела на характеристики низкоэнергетических транзитных траекторий в ограниченной эллиптической задаче трех тел. Рассмотрены примеры траекторий, перспективных для практического использования в рамках межпланетных миссий, в системе Земля—Луна и в системах Юпитера и Сатурна.

Рассматривается современный подход к термодинамическому моделированию развитых турбулентных течений микрополярной сжимаемой жидкости, базирующийся на применении формализма расширенной необратимой термодинамики. Описание турбулентного движения турбулентной жидкости проведено в рамках модели обобщенного континуума, состоящего из двух взаимосвязанных открытых подсистем – подсистемы осредненного движения и подсистемы турбулентного хаоса (связанной с мелкомасштабным вихревым движением жидкости). Это позволило с помощью обобщенного уравнения Гиббса и общего вида потока энтропии сконструировать эволюционную гиперболическую модель замыкания второго порядка, основанную на нелинейных конститутивных уравнениях переноса турбулентных потоков. Предложенная методология хорошо согласуются с идеей А. Н. Колмогорова о возможности представления псевдовектора угловой скорости в качестве внутреннего параметра для термодинамически открытой турбулентной системы, если масштаб дифференциальной сетки превышает размер мезовихрей. Именно это соображение позволило разработать континуальные уравнения турбулентности, которые отражают эффект внутреннего вращения турбулентных мезовихрей, а также случай турбулентной жидкости с анизотропией вихревого характера, которая соотносится с ненулевой антисимметричной частью тензора Рейнольдса. Полученные результаты могут быть использованы при изучении турбулентных движений микрополярных жидкостей в недрах звезд, планет-гигантов, а также в атмосфере Солнца и других космических телах.