ВВЕДЕНИЕ 3
ОБЗОР 5
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 9
1.1. Сравнение физических параметров планет 9
1.2. Атмосферные колебания и волны 13
1.3. Источники мезомасштабных и глобальных волн 17
1.3.1. Источники мезомасштабных волн 17
1.3.2. Источники глобальных волн 18
1.4. Схожесть волновых процессов на Марсе и Земле 19
ГЛАВА 2. ЛИНЕЙНАЯ ТЕОРИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ВОЛН 24
2.1. Введение в теорию собственных колебаний 24
2.2. Приливное уравнение Лапласа 27
2.2.1. Традиционные упрощения 28
2.3 Приливной оператор Лапласа 30
ГЛАВА 3. РАСЧЕТЫ, РЕЗУЛЬТАТЫ 34
3.1 Собственные колебания атмосферы Земли 34
3.2 Собственные колебания атмосферы Марса 42
3.3 Сравнение собственных колебаний Земли и Марса 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Атмосфера является постоянно меняющейся системой, её гидродинамические величины, такие как: ветер, температура, давление, концентрация газовых компонент - испытывают периодические изменения, колебания, которые присущи звёздам и планетам, в том числе Земле и Марсу.
Волновые движения в планетной атмосфере составляют неотъемлемую часть динамических процессов на всех высотах. Волны вносят существенный вклад в общий энергетический баланс среды и оказывают многообразное влияние на процессы в атмосфере и ионосфере, что описано во многих работах. Например, [18, 24, 2].
В данной работе рассматриваются глобальные собственные колебания атмосфер вышеуказанных планет - Земли и Марса. Говоря о глобальных собственных колебаниях, подразумевается:
Во-первых, волна может занимать слой атмосферы на всей площади планеты или в широтном поясе (например, экваториально захваченные планетарные волны).
Во-вторых, атмосфера является механической системой, имеющей собственные колебания, то есть она имеет колебания с резонансными частотами и пространственными конфигурациями внутренне присущими системе.
В ходе работы будут решены следующие задачи:
• рассмотрены виды атмосферных колебаний;
• изучены схожесть и различия параметров и характеристик Земли и Марса;
• рассчитаны и сравнены глобальные собственные колебания обеих планет.
Актуальность изучения динамических процессов, в том числе и волновых возмущений, обусловлена тем, что пространственные неоднородности различных масштабов, наблюдаемые в атмосферах планет, имеют важную роль в функционировании современных технологических систем. Атмосферные волны оказывают влияние на траектории аппаратов ракетно-космической техники, чувствительных к вариациям плотности атмосферы и ветрам. Например, волны являются важным фактором для космических аппаратов типа Space Shuttle при их запуске и возвращении на Землю. Для Марса же примером может служить SpaceX Starship - пилотируемый космический корабль многоразового запуска, который планируют отправить на Красную планету в 2022 году.
Также важным направлением является моделирование параметров атмосферы при проектировании новых трасс запусков и расчёте районов падения отделяющихся частей ракет [3]. Или же планирование полетов космических аппаратов, предоставляющих профили плотности верхних слоев атмосферы для аэробрейкинга спутников или аэрозахвата, оценки профилей входа для посадочных аппаратов.
Кроме того, немаловажным научным направлением, где могут использоваться полученные данные из этой работы - изучение взаимодействия динамических процессов, протекающих в различных слоях планетных атмосфер. Полученные расчеты можно использовать в качестве материала, используемого для лучшего понимания процессов.
На основании проделанных расчетов можно сделать следующие выводы:
• Широтная структура основных (с малыми меридиональными волновыми числами) функций Хафа для распространяющихся на восток и запад гравитационных волн, а также для первых вращательных мод схожа для атмосфер Земли и Марса (как уже отмечалось выше с учетом неопределенности знака).
• Различия наблюдаются только в периодах собственных колебаний (Таблицы ? и ?), что и понятно - резонансы зависят от характеристик планет.
• Полученные результаты могут быть использованы при интерпретации наблюдений планетарных волн по данным реанализов (на Земле) и/или спутниковых наблюдений за атмосферой Марса.
