Атмосфера Венеры так же таинственна, как и плотна и обжигающая. В течение нескольких поколений ученые стремились изучить его, используя наземные телескопы, орбитальные миссии и случайный атмосферный зонд. А в 2006 году ЕКА Венера Экспресс Миссия стала первым зондом для проведения долгосрочных наблюдений за атмосферой планеты, которые многое показали о ее динамике.
Используя эти данные, группа международных ученых - во главе с исследователями из Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) - недавно провела исследование, которое охарактеризовало характер ветра и верхних облаков на ночной стороне Венеры. Помимо того, что это исследование было первым в своем роде, оно также показало, что атмосфера на ночной стороне ведет себя по-разному, что было неожиданно.
Исследование, озаглавленное «Стационарные волны и медленно движущиеся объекты в ночных верхних облаках Венеры», недавно появилось в научном журнале. Природа Астрономия, Во главе с Хавьером Перальтой, Международным молодым научным сотрудником JAXA, команда проверила данные, полученные Венера Экспресс набор научных инструментов для изучения ранее невиданных типов облаков, морфологии и динамики планеты.
В то время как было проведено множество исследований атмосферы Венеры из космоса, это был первый случай, когда исследование не было сосредоточено на дневной части планеты. Как доктор Перальта объяснил в заявлении ЕКА для прессы:
“Мы впервые смогли охарактеризовать, как атмосфера циркулирует на ночной стороне Венеры в глобальном масштабе. Несмотря на то, что атмосферная циркуляция на дневной планете была тщательно изучена, многое еще можно было узнать о ночной стороне. Мы обнаружили, что модели облаков там отличаются от тех, что наблюдаются на дневной дороге, и зависят от топографии Венеры.“
С 1960-х годов астрономы осознавали, что атмосфера Венеры ведет себя совершенно иначе, чем на других планетах земной группы. В то время как у Земли и Марса есть атмосферы, которые вращаются примерно с той же скоростью, что и планета, атмосфера Венеры может развивать скорость более 360 км / ч (224 миль в час). Таким образом, в то время как планета вращается один раз вокруг своей оси за 243 дня, атмосфера занимает всего 4 дня.
Это явление, известное как «супер-вращение», по существу означает, что атмосфера движется в 60 раз быстрее, чем сама планета. Кроме того, измерения в прошлом показали, что самые быстрые облака расположены на верхнем уровне облаков, на расстоянии от 65 до 72 км (40–45 миль) над поверхностью. Несмотря на десятилетия исследований, атмосферные модели не смогли воспроизвести супер-вращение, что указывало на то, что некоторые механики были неизвестны.
Таким образом, Перальта и его международная команда, в которую вошли исследователи из Университета им. Васко в Испании, Токийского университета, Университета Киото Сангё, Центра астрономии и астрофизики (ZAA) при Берлинском техническом университете и Института астрофизики и Космическая планетология в Риме - решили посмотреть на неизведанную сторону, чтобы увидеть, что они могут найти. Как он это описал:
«Мы сосредоточились на ночной стороне, потому что она была плохо изучена; мы можем видеть верхние облака на ночной стороне планеты через их тепловое излучение, но было трудно наблюдать их должным образом, потому что контраст на наших инфракрасных изображениях был слишком низким, чтобы уловить достаточно деталей ».
Это состояло из наблюдения облаков ночной стороны Венеры с помощью видимого и инфракрасного тепловизионного спектрометра зонда (VIRTIS). Инструмент собирал сотни изображений одновременно и с разными длинами волн, которые затем команда объединила, чтобы улучшить видимость облаков. Это позволило команде впервые увидеть их должным образом, а также выявило некоторые неожиданные моменты, связанные с атмосферой ночной стороны Венеры.
Они увидели, что вращение атмосферы на ночной стороне было более хаотичным, чем то, что наблюдалось в прошлом на дневной стороне. Верхние облака также формировали различные формы и морфологии - то есть большие, волнистые, пятнистые, нерегулярные и нитевидные структуры - и в них доминировали стационарные волны, где две волны, движущиеся в противоположных направлениях, компенсируют друг друга и создают статическую картину погоды.
Трехмерные свойства этих стационарных волн были также получены путем объединения данных VIRTIS с данными радиологии из эксперимента Venus Radio Science (VeRa). Естественно, команда была удивлена, обнаружив такие виды атмосферного поведения, поскольку они были несовместимы с тем, что обычно наблюдалось в дневное время. Более того, они противоречат лучшим моделям для объяснения динамики атмосферы Венеры.
Эти модели, известные как модели глобальной циркуляции (GCM), предсказывают, что на Венере супер-вращение будет происходить почти одинаково как на дневной, так и на ночной стороне. Более того, они заметили, что стационарные волны на ночной стороне, похоже, совпадают с высотными объектами. Агустин Санчес-Лавега, исследователь из Университета дель Паис и соавтор статьи, объяснил:
“Стационарные волны - это, вероятно, то, что мы называем гравитационными волнами - другими словами, восходящие волны, генерируемые ниже в атмосфере Венеры, которые, похоже, не движутся с вращением планеты. Эти волны сосредоточены на крутых, гористых областях Венеры; это говорит о том, что топография планеты влияет на то, что происходит высоко над облаками.“
Это не первый случай, когда ученые обнаружили возможную связь между топографией Венеры и ее атмосферным движением. В прошлом году группа европейских астрономов подготовила исследование, которое показало, как погодные условия и восходящие волны на дневной стороне, как оказалось, напрямую связаны с топографическими особенностями. Эти результаты были основаны на УФ-изображениях, сделанных камерой наблюдения Венеры (VMC) на борту Венера Экспресс.
Находить нечто подобное на ночной стороне было чем-то неожиданным, пока они не поняли, что не единственные, кто их заметил. Как указала Перальта:
“Это был волнующий момент, когда мы поняли, что некоторые облачные функции на изображениях VIRTIS не перемещаются вместе с атмосферой. У нас были долгие споры о том, были ли результаты реальными - пока мы не поняли, что другая команда, возглавляемая соавтором доктором Куямой, также независимо обнаружила стационарные облака на ночной стороне, используя Инфракрасный телескоп НАСА (IRTF) на Гавайях! Наши результаты были подтверждены, когда космический корабль JAXA Акацуки был выведен на орбиту вокруг Венеры и сразу обнаружил самую большую стационарную волну, когда-либо наблюдавшуюся в Солнечной системе, на дневной стороне Венеры.“
Эти результаты также ставят под сомнение существующие модели стационарных волн, которые, как ожидается, будут формироваться в результате взаимодействия поверхностного ветра и высотных характеристик поверхности. Тем не менее, предыдущие измерения, проведенные в советское время Venera приземлители указали, что поверхностные ветры могут быть слишком слабыми, чтобы это произошло на Венере. Кроме того, южное полушарие, которое исследователи наблюдали за исследованием, имеет довольно низкую высоту.
И, как указал Рикардо Уэсо из Университета Страны Басков (и соавтор статьи), они не обнаружили соответствующих стационарных волн на нижних уровнях облаков. «Мы ожидали найти эти волны на нижних уровнях, потому что видим их на верхних уровнях, и мы подумали, что они поднимаются сквозь облака с поверхности», - сказал он. «Это неожиданный результат, и нам всем необходимо пересмотреть наши модели Венеры, чтобы изучить ее значение».
Из этой информации кажется, что топография и высота связаны, когда речь идет об атмосферном поведении Венеры, но не всегда. Таким образом, стоячие волны, наблюдаемые на ночной стороне Венеры, могут быть результатом работы какого-то другого незамеченного механизма. Увы, кажется, что атмосфера Венеры - в частности, ключевой аспект супер-вращения - все еще имеет некоторые загадки для нас.
Исследование также продемонстрировало эффективность объединения данных из нескольких источников, чтобы получить более детальную картину динамики планеты. С дальнейшими усовершенствованиями в измерительном оборудовании и обмене данными (и, возможно, еще одной миссией или двумя на поверхность) мы можем ожидать, что вскоре получим более четкую картину того, что питает атмосферную динамику Венеры.
Если немного повезет, еще может наступить день, когда мы сможем смоделировать атмосферу Венеры и предсказать ее погодные условия так же точно, как и на Земле.
