МИКРОВОЛНОВОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПЫЛЕВОЙ КОРКИ КОМЕТНОГО ЯДРА. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. Илюшин Я.А. Московский государственный Университет им. М.В.Ломоносова, Россия, 119992 ГСП-2, Москва, Ленинские Горы, МГУ, физический факультет, кафедра физики атмосферы, тел.(095)939-3252, ilyushin@phys.msu.ru, rx3ahl@mail.ru Аннотация. Проведено численное моделирование теплового излучения пылевой корки кометы в микроволновом диапазоне. Показана возможность определения типа структуры пылевой корки по данным измерений радиояркостной температуры пылевой корки в диапазоне миллиметровых волн. I. Введение Кометы являются весьма интересным классом небесных тел в Солнечной системе. По существующим представлениям, ядра комет были сформированы несколько миллиардов лет назад. Считается, что с тех пор ядра комет не претерпели никаких значимых изменений. По этой причине, исследование ядер комет может дать информацию о физических процессах, имевших место в период их формирования. В настоящее время в мире развернут ряд исследовательских программ по изучению комет и их ядер. В частности, планируются эксперименты по микроволновому зондированию комет с помощью как земных телескопов, так и космических аппаратов. II. Основная часть Общепринятой на данный момент является двухслойная модель кометного ядра [1], состоящая из собственно ледяного ядра и пылевой корки на его поверхности. В пользу наличия этой корки на поверхности ядра свидетельствует целый ряд обстоятельств. Так, космические снимки ядер комет показывают, что большая часть поверхности ядра неактивна, т.е. на ней отсутствуют видимые выбросы пыли и газа. При этом поверхность ядра отличается низким значением альбедо в видимым диапазоне, более характерным для покрытых пылью тел типа Луны, нежели чем для чистого льда. Имеются и другие особенности поведения комет, находящие своё объяснение в рамках двухслойной модели кометного ядра. В толще пылевой корки идут сложные процессы теплообмена, радиационного переноса, сублимации- реконденсации летучих веществ и т.д. Все эти имеющие там место явления определяют термический режим нижележащих слоёв кометы и тепловой баланс ядра кометы в целом. Фактически пылевая корка служит эффективным теплоизолятором, ограничивающим скорость потери летучих веществ ядром кометы под воздействием солнечных лучей и определяющим время жизни кометы. Тем самым, детальное исследование процессов, происходящих в пылевой корке, необходимо для правильного понимания истории эволюции кометы. В литературе обсуждается несколько типов структуры пылевой корки: а) плотная пылевая корка со связанными частицами пыли, газ диффундирует сквозь пористую корку; б) пылевая корка умеренной плотности со слабо связанными частицами, газ свободно проходит сквозь поры; в) режим псевдоожижения пылевого слоя ("кипящий слой"), частицы свободно плавают в исходящем потоке газа, наиболее мелкие частицы покидают слой; г) режим пневмотранспорта пыли, при котором пыль полностью уносится уходящим потоком. Различные типы структуры характеризуются различным распределением температуры по толщине корки. Так, для диффузионного режима проникновения газа сквозь пылевую корку существует аналитическое выражение для распределения температуры с глубиной [2]: ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − + = ζ m K C k C C kC T 1 3 2 1 2 3 exp 3 2 , где С 1 – исходящий поток газа, С 2 – исходящий кондуктивный поток тепла, С 3 – поступающий поток тепла от солнечной радиации, выражающийся формулой ( ) ( ) 4 2 3 1 1 4 1 s T v T A r S A C σ − − − = , k – постоянная Больцмана, K m – теплопроводность пылевой корки, ζ - глубина от поверхности корки, A v и A T – альбедо поверхности корки в видимом и инфракрасном (тепловом) диапазоне, соответственно, σ - постоянная Стефана- Больцмана, S – солнечная постоянная на земной орбите, r – гелиоцентрическое расстояние кометы в астрономических единицах, s T - температура поверхности пылевой корки. Для режима псевдоожижения получение аналитического решения затруднительно, однако существуют оценки [1], связывающие температуру на внешней поверхности пылевой корки с температурой на поверхности раздела корки и ядра: ( ) ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = 4 0 1 s s i T V D Qh T T εσ , где i T - температура поверхности раздела корки и ядра, Q - полный исходящий поток теплоты, h – толщина пылевой корки, T A − = 1 ε , D - коэффициент диффузии молекул газа в корке, m kT V s π 2 0 = - эффективное значение скорости молекул газа, покидающих поверхность корки. Следуя работе [2] и ряду других работ, для численных расчётов использовался степенной закон распределения частиц пыли по размерам: