行星大气的研究范围.ppt

行星大气的研究范围：行星，卫星 各行星大气基本概况 90K~700k 氦(42%)、汽化钠(42%)和氧(15%) 极稀薄≈没有 大气频繁地被补充更换 金星（Venus ） 与地球环境最相似 CO2（＞96%）、N2（3.5%） 大气分层：透明洁净大气→浓雾区→厚云区→薄雾区 频繁的放电现象 地球（Earth） 184K~331K 氮(78.5%) 氧(21%) 对流层→平流层→中间层→热层 三圈环流，热带风暴，中高纬度气旋，Rossby波等等 火星（Mars） 稀薄充满尘埃 141K~301K 低层大气→中层大气→热层→逸散层 单胞环流，风暴，尘暴，云 木星（Jupiter） 123K左右 氢 (80％) 氦(18％) 气态星球，无固体表面，有固体内核 纬向高速飓风 ，丰富的涡旋，稠密活跃的云系 ，大红斑 向外辐射能量大于吸收太阳辐射能量 土星（Saturn ） 平均143K 氢(93%) 氦(5%) 太阳系最高风速，“枯燥乏味”，赤道附近有白云，椭圆形斑点 大白斑 天王星（Uranus ） 49K~57K 氢(83±3% ) 氦(15±3%) 对流层→平流层→增温层 平静的大气层，云，暗斑 海王星（Neptune ） 55K~72K 氢(80±3.2%) 氦(19±3.2%) 甲烷(1.5±0.5%) 极为剧烈的风暴系统 ：大黑斑，小黑斑，滑行车 内部热源 研究手段 观测（observation） 模拟（simulation） 理论（theory） 实验（experiment） 观测 雷达 望远镜 卫星 探测器、飞船 登陆探测 探测器 模拟 早期行星大气的数值模拟主要是用基于地球大气物理的运动方程、能量方程和质量守恒方程来模拟行星大气，并将这些模拟结论与早期的行星观测数据进行比较，从而建立行星的大气环流模型。 后来加入辐射，相变等过程的模拟，进行边界参数化，以更好的模拟不同行星大气层的特殊性。 实验 近期研究领域及成果 浅水模式数值模拟 浅水模式对纬向风模拟失败 EPIC 模拟结果 对未来的展望 尚待解决的问题 新探测器 未来可能的方向及有进展的问题 尚待解决的问题 火星沙尘暴的形成机制，运动规律等 金星，土星，海王星的超级旋转问题 天王星增温层的能量来源 新探测器 詹姆斯·韦伯太空望远镜 （接替哈勃太空望远镜） 未来可能的方向及有进展的问题 大气进化过程 天王星海王星的大气运动 太阳系外行星大气 超级旋转 Any Questions? NASA拟2009年底发射大型火星探测器“火星科学实验室”。 MIT正在研发可大量播撒的微型火星探测器。 日本拟发射绕金星大气层运行的金属气球探测器，以研究超级旋转问题。 俄罗斯拟发射超压塑料气球金星探测器。 * * Planetary Atmosphere 吕程 北京大学物理学院 06级大气班 太阳系八大行星 土卫二 土卫六 水星 Mercury “伽利略”号木星探测器 “麦哲伦”号金星探测器 旅行者2 “火星探路者”着陆器 勇气号火星车 火星探测器“机遇”号. “火星奥德赛”轨道器 太空望远镜 哈勃太空望远镜 Rosat空间望远镜 Andrew P. Ingersoll 风洞实验模拟火星沙浪 模拟类木行星超级旋转 Timothy E. Dowling F. H. Busse Mark I. Richardson Saturn Jupiter Uranus Neptune Neptune’s Great Dark Spot Simulation Observation Developed by Dowling at MIT A General Circulation Model Vertical Distribution EPIC 模式 Observation Simulation Observation Simulation 实验模拟 Thick Shell (Cooled Within) Thin Shell Cooled Within) Centrifugal force ? g Reversed Temperature gradient