Апробация инварианта радиозатменного эксперимента при интерпретации данных радиопросвечивания ионосферы и атмосферы Венеры

По результатам радиозатменных экспериментов в миссиях Mariner-5,-10, Венера-9,-10,-15,-16, Pioneer-Venus, Magellan, Venus-Express, Akatsuki получены обширные сведения о структуре атмосферы и ионосферы Венеры. Архив этих экспериментов предоставляет возможность изучать временную и пространственную изменчивость газовой оболочки Венеры. Численное моделирование эксперимента радиопросвечивания позволяет выявить характер влияния различных искажающих факторов на достоверность интерпретации данных и оценить справедливость предлагаемых гипотез. Причинами ограничения точности радиозатменных данных могут быть случайные вариации параметров радиоволн, не связанные с исследуемой средой, и методические погрешности интегрирования экспериментальных данных, содержащих шум. Такие мешающие факторы могут повлиять на возможность обнаружения и исследования процессов, ответственных за динамические изменения в системе атмосфера-ионосфера.
Точность интерпретации результатов радиопросвечивания имеет принципиальное значение, т.к. определяет возможность дальнейшего использования полученных характеристик при разработке моделей строения и динамики ионосферы. Мы полагаем, что из-за некорректной оценки погрешности в области нижней границы ионосферы в миссии Venus-Express [1] и Akatsuki [2] появилась гипотеза о существовании метеорного слоя на Венере, основанная только на вычислении профиля электронной концентрации путем решения обратной задачи радиопросвечивания, которая противоречит данным миссии Венера-15,-16 [3,4]. В миссии Венера-15,-16 экспериментально обнаружены периодические плазменные возмущения на высотах от 80 до 120 км, которые могут быть признаком распространения атмосферных волн вплоть до ионосферы, но в настоящее время такие процессы недостаточно изучены из-за малого количества адекватных экспериментальных данных. Моделирование эксперимента радиопросвечивания показало, что традиционный метод вычисления электронной концентрации не позволяет получать достоверную информацию о нижней ионосфере Венеры из-за большой методической погрешности интегрального соотношения в слабоионизованной нижней ионосфере. Разработка нового метода анализа данных на основе обнаруженного инварианта радиозатменного эксперимента открыла возможность получения достоверных сведений о нижней области ионосферы. Инвариант радиозатменного эксперимента, положенный в основу разработанного метода, предоставил возможность анализировать свойства атмосферы и ионосферы по функциональной связи вариаций мощности и частоты зондирующих сигналов, не используя интегральных преобразований, применяемых при решении обратной задачи радиопросвечивания, что увеличило чувствительность метода к малым вариациям показателя преломления зондируемой среды. Именно применение этого метода выявило нижнюю ионизованную область дневной ионосферы, ее отсутствие ночью и существование периодических колебаний показателя преломления, начинающихся в атмосфере и продолжающихся в нижней ионосфере. Таким образом, экспериментально показано существование сложной структуры нижней области ионосферы, в которой могут формироваться от 1 до 5 слоев с повышенной концентрацией. Усовершенствование методов обработки радиозатменных данных, их обоснование на основе моделирования эксперимента, повысит качество информации о структуре неоднородностей в системе атмосфера-ионосфера и откроет перспективы обнаружения волновых процессов, протекающих в газовой оболочке Венеры, что увеличит ценность информации при реализации проекта Венера-Д.
Работа выполнена в рамках государственного задания по теме “Космос”.