ФОРМИРОВАНИЕ МАЛЫХ КЛАСТЕРОВ ВОДЫ В ОКОЛОЯДЕРНОЙ АТМОСФЕРЕ КОМЕТ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты теоретического исследования процессов образования и распада кластеров воды в атмосферах комет. Разработана модель образования малых кластеров воды на основе квазихимического подхода. Проанализированы физические условия для формирования и роста кластеров в кометных атмосферах в зависимости от расстояния кометного ядра до Солнца и возможных механизмов формирования кластеров. С использованием разработанной модели кластеризации и метода прямого статистического моделирования Монте-Карло проведены расчеты истечения в вакуум сублимированных с поверхности кометного ядра молекул воды. Для случая гомогенной конденсации на примере ядра кометы 46P/Wirtanen установлена малая доля кластеров (менее 0.1%) для расстояния кометы до Солнца 2.5 а.е. для различных вариантов распределения газопроизводительности по поверхности. Показано согласованное движение малых кластеров и мономеров.

Об авторах

Н. Ю Быков

Санкт-Петербургский политехнический университет им. Петра Великого

Email: nbykov2006@yandex.ru
Санкт-Петербург, Россия

В. В Захаров

Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité

LIRA, Observatoire de Paris Meudon, France

И. С Томилин

Санкт-Петербургский политехнический университет им. Петра Великого

Санкт-Петербург, Россия

А. С Склярова

Санкт-Петербургский политехнический университет им. Петра Великого

Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Thomas N. An Introduction to Comets: Post-Rosetta Perspectives // Springer International Publishing. 2020. P. 537.
  2. Thomas P.J., Chyba C.F., McKay C.P., and Yano H. Comets and the Origin and Evolution of Life // Springer. 2006. P. 346.
  3. Еленин Л.В. Кометы. Странники Солнечной системы М.: Эксмо, 2024. 304 с.
  4. Crifo J.F. Water clusters in the coma of comet Halley and their effect on the gas density, temperature, and velocity // Icarus. 1990. V. 84. No. 2. P. 414–446.
  5. Стернин Л.Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах М.: Машиностроение, 1974. 211 с.
  6. Горбунов В.Н., Пирумов У.Г., Рыжов Ю.А. Неравновесная конденсация в высокоскоростных потоках газа М.: Машиностроение, 1984. 201 с.
  7. Ivanov I.E., Nazarov V.S., and Kryukov I.A. Application of the Moment Method for Numerical Simulation of Homogeneous-Heterogeneous Condensation // Fluids. 2022. V. 7. 68.
  8. Kitamura Y., Yamamoto T. Hydrodynamic study of condensation and sublimation of ice particles in cometary atmospheres // Icarus. 1986. V. 68. No. 2. P. 266–275.
  9. Zakharov V.V., Crifo J.-F., Rodionov A.V., Rubin M., and Altwegg K. The near-nucleus gas coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko prior to the descent of the surface lander PHILAE // Astronomy & Astrophysics. 2018. 618. A7.
  10. Хлопков А.Ю. Конденсация паров воды. Классический и квантовый подходы // Фундаментальные исследования. 2015. № 7–4. С. 782–787.
  11. Егоров Б.В., Маркачев Ю.Е., Плеханов Е.А. Квазихимическая модель нуклеации паров воды // Химическая физика. 2006. Т. 25. № 4. C. 61–70.
  12. Zhukhovitskii D.I. Multiscale approach to the theory of nonisothermal homogeneous nucleation // The Journal of Chemical Physics. 2024. V. 160. No. 19. https://doi.org/10.1063/5.0198471
  13. Bird G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows // Oxford Clarendon Press. 1994. P. 458.
  14. Bird G.A. The DSMC Method // CreateSpace Independent Publishing Platform. 2013. P. 300.
  15. Иванов М.С., Рогазинский С.В. Метод прямого статистического моделирования в динамике разреженного газа // М: ВЦ СО АН СССР. 1988. С. 117.
  16. Bykov N.Y., Gorbachev Yu.E. Mathematical models of water nucleation process for the Direct Simulation Monte Carlo method // Applied Mathematics and Computation. 2017. V. 296. P. 215–232. https://doi.org/10.1016/j.amc.2016.10.004
  17. Bykov N.Y., Fyodorov S.A., and Gorbachev Yu.E. Small cluster formation in a free argon jet // Physics of Fluids. 2024. V. 36. No. 8. https://doi.org/10.1063/5.0222569
  18. Stern S.A., Parker J.W.M., Festou M.C., A’Hearn M.F., Feldman P.D., Schwehm G., Schulz R., Bertaux J.-L., and Slater D.C. HST mid ultraviolet spectroscopy of comet 46P/Wirtanen during its approach to perihelion 1996–1997 // Astronomy and Astrophysics. 1998. V. 335. P. 30.
  19. Crifo J.F., Lukianov G.A., Rodionov A.V., Khanlarov G.O., and Zakharov V.V. Comparison between Navier–Stokes and Direct Monte–Carlo Simulations of the Circumnuclear Coma. I. Homogeneous, Spherical Source // Icarus. 2002. V. 156. P. 249–268.
  20. Jansen R., Wysong I., Gimelshein S., Zeifman M., Buck U. Nonequilibrium numerical model of homogeneous condensation in argon and water vapor expansions // The Journal of Chemical Physics. 2010. V. 132. No. 24. 244105.
  21. Быков Н.Ю. Об образовании малых кластеров в свободно-расширяющейся струе водяного пара // Механика жидкости и газа. 2018. № 3. С. 98–107.
  22. Zhukhovitskii D.I. Size-corrected theory of homogeneous nucleation // The Journal of Chemical Physics. 1994. V. 101. No. 6. P. 5076–5080.
  23. Гордиец Б.Ф., Шелепин Л.А., Шмоткин Ю.С. Кинетика изотермических процессов гомогенной конденсации // Труды ФИАН, 1984. Т. 145. С. 189–219.
  24. Skorov Yu., Reshetnyk V., Küppers M., Bentley M.S., Besse S., and Hartogh P. Sensitivity of modelled cometary gas production on the properties of the surface layer of the nucleus // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2023. V. 519. No. 1. P. 59–73.
  25. Vegiri A., Farantos S.C. Classical dynamics of hydrogen bonded systems: Water clusters // The Journal of Chemical Physics. 1993. V. 98. P. 4059.
  26. Schenter G.K., Kathmann S.M., and Garrett B.C. Dynamical benchmarks of the nucleation kinetics of water // J. Chem. Phys. 2002. V. 116. P. 4275–4280.
  27. Calo J.M. Dimer formation in supersonic water vapor molecular beams // The Journal of Chemical Physics. 1975. V. 62. P. 4904.
  28. Li Z., Zhong J., Levin D.A., and Garrison B.J. Kinetic nucleation model for free expanding water condensation plume simulations // The Journal of Chemical Physics. 2009. V. 130. 174309.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).