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利用ALMA亚毫米波观测绘制金星中间层的热结构及微量成分图谱

DOI：10.1051/0004-6361/201730923 期刊：Astronomy & Astrophysics 出版年份：2017 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 背景：水蒸气和硫化合物是金星中高层大气光化学过程中的关键组分。这些物质与中层大气温度共同表现出剧烈的时间变化（包括短周期的昼夜及日际变化和长周期变化），其机制远未被充分理解。 目标：我们利用阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）观测亚毫米波段的CO、SO、HDO和SO2跃迁，研究这些物质的空间与时间变化特征。 方法：2011年11月首次ALMA早期科学观测周期0期间，分四组在不同日期获取观测数据。当时金星角直径约11角秒，光照因子92%，因此主要测绘了行星昼半球?；诒瓿艭O丰度剖面，我们反演出整个盘面随纬度和地方时变化的垂直温度剖面，继而用于推导SO、SO2和H2O的分布。采用D/H丰度为地球值200倍的假设，将HDO作为水的示踪剂。 结果：获得了70-105公里高度范围内中层大气的三维温度分布图。SO、SO2和H2O在约85公里以下丰度可忽略，随后在中层大气上部随高度增加。盘面平均SO丰度在11月26日达到最大混合比15.0±3.1 ppb，次日降至最小值9.9±1.2 ppb。由于信噪比极低，SO2仅能从首日盘面平均光谱反演得出16.5±4.6 ppb的丰度，测得SO2/SO比值为1.5±0.4。全球SO分布图显示其丰度存在显著的纬度、地方时及日际变化（范围<1至15 ppb）。H2O盘面平均值显示从11月14日至27日持续下降，丰度从首日的3.6±0.6 ppm降至末日的2.9±0.7 ppm。H2O分布图揭示黄昏侧丰度略高于晨侧，且观测首日至次日出现显著耗竭。
作者： A. Piccialli，R. Moreno，T. Encrenaz，T. Fouchet，E. Lellouch，T. Widemann
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用ALMA亚毫米波观测研究金星中间层热结构及微量成分（CO、SO、HDO、SO2）的时空变化。

研究成果

阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）的观测提供了金星中间层温度及微量成分丰度的三维分布图，揭示了随高度、纬度、地方时及日际变化的复杂特征。该区域温度在90公里以下低于VIRA模型预测值，并在80-100公里高度存在逆温层。二氧化硫（SO）、二氧化硫（SO?）和水（H?O）在约85公里以下含量极低，而在更高处显著增加，且呈现明显的时空变化性。二氧化硫与亚硫酸的丰度比（SO?/SO）与既往研究结果一致。未来计划开展同步观测以进一步探究其相关性及动力学机制。

研究不足

部分物种的信噪比较低（例如二氧化硫仅在首日可检测，重水在并非所有日期均可绘制分布图），辐射传输模型未包含临边观测几何结构，临边附近的反演结果可靠性较低，由于信噪比低，无法精确确定贫化层与富集层之间的高度边界，时间和空间覆盖范围仅限于2011年11月的四天，一氧化碳廓线及氘氢比假设可能引入误差。

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