行星大氣的研究范圍 - 北京大學(xué)物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系

1、Planetary Atmosphere呂程北京大學(xué)物理學(xué)院 06級大氣班行星大氣的研究范圍：行星，衛(wèi)星行星大氣的研究范圍：行星，衛(wèi)星太陽系八大行星土衛(wèi)二土衛(wèi)六各行星大氣基本概況各行星大氣基本概況n90K700k n氦(42%)、汽化鈉(42%)和氧(15%)n極稀薄沒有n大氣頻繁地被補(bǔ)充更換 水星Mercury 金星（金星（Venus ）n與地球環(huán)境最相似nCO2（96%）、N2（3.5%）n大氣分層：透明潔凈大氣濃霧區(qū)厚云區(qū)薄霧區(qū) n頻繁的放電現(xiàn)象 地球（地球（Earth）n184K331Kn氮(78.5%) 氧(21%) n對流層平流層中間層熱層 n三圈環(huán)流，熱帶風(fēng)暴，中高緯度氣旋，Ro

2、ssby波等等火星（火星（Mars）n稀薄充滿塵埃n141K301Kn低層大氣中層大氣熱層逸散層n單胞環(huán)流，風(fēng)暴，塵暴，云木星（木星（Jupiter）n123K左右n氫 (80) 氦(18) n氣態(tài)星球，無固體表面，有固體內(nèi)核n緯向高速颶風(fēng) ，豐富的渦旋，稠密活躍的云系 ，大紅斑n向外輻射能量大于吸收太陽輻射能量土星（土星（Saturn ）n平均143Kn氫(93%) 氦(5%) n太陽系最高風(fēng)速，“枯燥乏味”，赤道附近有白云，橢圓形斑點(diǎn)n大白斑天王星天王星（Uranus ）n49K57Kn氫(833% ) 氦(153%) n對流層平流層增溫層n平靜的大氣層，云，暗斑海王星（海王星（Neptu

3、ne ）n55K72Kn氫(803.2%) 氦(193.2%) 甲烷(1.50.5%)n極為劇烈的風(fēng)暴系統(tǒng) ：大黑斑，小黑斑，滑行車n內(nèi)部熱源研究手段n觀測（observation）n模擬（simulation）n理論（theory）n實(shí)驗(yàn)（experiment）觀測n雷達(dá)n望遠(yuǎn)鏡n衛(wèi)星n探測器、飛船n登陸探測探測器“伽利略”號木星探測器“麥哲倫”號金星探測器旅行者2“火星探路者”著陸器勇氣號火星車火星探測器“機(jī)遇”號.“火星奧德賽”軌道器太空望遠(yuǎn)鏡哈勃太空望遠(yuǎn)鏡Rosat空間望遠(yuǎn)鏡模擬n早期行星大氣的數(shù)值模擬主要是用基于地球大氣物理的運(yùn)動(dòng)方程、能量方程和質(zhì)量守恒方程來模擬行星大氣，并將這些模

4、擬結(jié)論與早期的行星觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而建立行星的大氣環(huán)流模型。n后來加入輻射，相變等過程的模擬，進(jìn)行邊界參數(shù)化，以更好的模擬不同行星大氣層的特殊性。Andrew P. Ingersoll實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)M火星沙浪模擬類木行星超級旋轉(zhuǎn)近期研究領(lǐng)域及成果Timothy E. DowlingF. H. BusseMark I. RichardsonSaturnJupiterUranusNeptune淺水模式數(shù)值模擬淺水模式對緯向風(fēng)模擬失敗SimulationObservation nDeveloped by Dowling at MIT nA General Circulation ModelVer

5、tical DistributionEPIC 模擬結(jié)果Observation SimulationObservation SimulationThick Shell (Cooled Within)Thin Shell Cooled Within) Centrifugal force gReversed Temperature gradient對未來的展望n尚待解決的問題n新探測器n未來可能的方向及有進(jìn)展的問題尚待解決的問題n火星沙塵暴的形成機(jī)制，運(yùn)動(dòng)規(guī)律等n金星，土星，海王星的超級旋轉(zhuǎn)問題n天王星增溫層的能量來源新探測器詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（接替哈勃太空望遠(yuǎn)鏡）NASA擬2009年底發(fā)射大型火星探測器“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”。MIT正在研發(fā)可大量播撒的微型火星探測器。日本擬發(fā)射繞金星大氣層運(yùn)行的金屬氣球探測器，以研究超級旋轉(zhuǎn)