Atmosfera Wenus jest równie tajemnicza, co gęsta i paląca. Od pokoleń naukowcy starają się badać go za pomocą naziemnych teleskopów, misji orbitalnych i okazjonalnych sond atmosferycznych. A w 2006 roku ESA Venus Express misja stała się pierwszą sondą do prowadzenia długoterminowych obserwacji atmosfery planety, która ujawniła wiele na temat jej dynamiki.
Korzystając z tych danych, zespół międzynarodowych naukowców - pod przewodnictwem naukowców z japońskiej agencji Aerospace and Exploration Agency (JAXA) - niedawno przeprowadził badanie, które scharakteryzowało wzory wiatru i górnych chmur po nocnej stronie Wenus. Oprócz tego, że było to pierwsze tego rodzaju badanie, ujawniono również, że atmosfera zachowuje się inaczej po stronie nocnej, co było nieoczekiwane.
Badanie zatytułowane „Fale stacjonarne i powolne ruchy obiektów w nocnych górnych chmurach Wenus” opublikowano niedawno w czasopiśmie naukowym Astronomia przyrody. Zespół pod kierownictwem Javiera Peralty, Międzynarodowego Najlepszego Młodego Członka JAXA, sprawdził dane uzyskane przez Venus Express ’ pakiet instrumentów naukowych do badania wcześniej niewidocznych typów chmur, morfologii i dynamiki planety.
Podczas gdy przeprowadzono wiele badań atmosfery Wenus z Soace, był to pierwszy raz, gdy badania nie koncentrowały się na dziennej stronie planety. Jak wyjaśniła dr Peralta w komunikacie prasowym ESA:
“Po raz pierwszy mogliśmy scharakteryzować sposób, w jaki atmosfera krąży po nocnej stronie Wenus w skali globalnej. Chociaż cyrkulacja atmosferyczna na stronie dziennej planety została szeroko zbadana, wciąż pozostaje wiele do odkrycia w sprawie nocnej strony. Odkryliśmy, że wzorce chmur są inne niż na dzień i pod wpływem topografii Wenus.“
Od lat 60. astronomowie zdają sobie sprawę, że atmosfera Wenus zachowuje się znacznie inaczej niż na innych planetach ziemskich. Podczas gdy Ziemia i Mars mają atmosfery, które obracają się w przybliżeniu z taką samą prędkością jak planeta, atmosfera Wenus może osiągać prędkości przekraczające 360 km / h (224 mil / h). Tak więc, podczas gdy planeta obraca się raz na swojej osi 243 dni, atmosfera zajmuje tylko 4 dni.
Zjawisko to, zwane „superobrotem”, zasadniczo oznacza, że atmosfera porusza się ponad 60 razy szybciej niż sama planeta. Ponadto pomiary w przeszłości wykazały, że najszybsze chmury znajdują się na górnym poziomie chmur, 65–72 km (40–45 mil) nad powierzchnią. Pomimo dziesięcioleci badań modele atmosferyczne nie były w stanie odtworzyć superobrotu, co wskazywało, że niektóre mechanizmy były nieznane.
Jako taki, Peralta i jego międzynarodowy zespół - w skład którego weszli naukowcy z Universidad del País Vasco w Hiszpanii, University of Tokyo, Kyoto Sangyo University, Center for Astronomy and Astrophysics (ZAA) na Politechnice Berlińskiej oraz Institute of Astrophysics i Planetologia kosmiczna w Rzymie - postanowili spojrzeć na nieodkrytą stronę, aby zobaczyć, co mogą znaleźć. Jak to opisał:
„Skoncentrowaliśmy się na nocnej stronie, ponieważ została ona słabo zbadana; widzimy górne chmury po nocnej stronie planety poprzez ich emisję termiczną, ale trudno było je odpowiednio obserwować, ponieważ kontrast na naszych zdjęciach w podczerwieni był zbyt niski, aby uchwycić wystarczającą ilość szczegółów ”.
Polegało to na obserwowaniu nocnych chmur bocznych Wenus za pomocą spektrometru termicznego z widzialnym i podczerwonym obrazem sondy (VIRTIS). Instrument zgromadził setki zdjęć jednocześnie i różnych długości fal, które następnie zespół połączył, aby poprawić widoczność chmur. To pozwoliło zespołowi zobaczyć je po raz pierwszy poprawnie, a także ujawniło kilka nieoczekiwanych rzeczy na temat nocnej atmosfery Wenus.
Zauważyli, że rotacja atmosfery wydawała się bardziej chaotyczna po stronie nocnej niż obserwowana w przeszłości podczas dnia. Górne chmury tworzyły również różne kształty i morfologie - tj. Duże, faliste, niejednolite, nieregularne i filamentowe wzory - i były zdominowane przez fale stacjonarne, w których dwie fale poruszające się w przeciwnych kierunkach znoszą się nawzajem i tworzą statyczny wzór pogodowy.
Właściwości 3D tych fal stacjonarnych uzyskano również przez połączenie danych VIRTIS z danymi radiologicznymi z eksperymentu Venus Radio Science (VeRa). Oczywiście zespół był zaskoczony, gdy odkrył tego rodzaju zachowania atmosferyczne, ponieważ były one niespójne z tym, co rutynowo obserwowano w ciągu dnia. Co więcej, zaprzeczają najlepszym modelom wyjaśniającym dynamikę atmosfery Wenus.
Modele te, znane jako Globalne Modele Cyrkulacji (GCM), przewidują, że na Wenus superobrót miałby miejsce w podobny sposób zarówno po stronie dziennej, jak i nocnej. Co więcej, zauważyli, że fale stacjonarne po stronie nocnej wydają się pokrywać z funkcjami wysokiego wzniesienia. Jak wyjaśnił Agustin Sánchez-Lavega, badacz z University del País Vasco i współautor publikacji:
“Fale stacjonarne są prawdopodobnie tym, co nazwalibyśmy falami grawitacyjnymi - innymi słowy, rosnące fale generowane niżej w atmosferze Wenus, które wydają się nie poruszać wraz z obrotem planety. Fale te koncentrują się na stromych, górzystych obszarach Wenus; sugeruje to, że topografia planety wpływa na to, co dzieje się wysoko ponad chmurami.“
To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy zauważyli możliwy związek między topografią Wenus a jej ruchem atmosferycznym. W ubiegłym roku zespół europejskich astronomów opracował badanie, które pokazało, w jaki sposób wzorce pogodowe i fale wznoszące się w ciągu dnia wydają się być bezpośrednio związane z cechami topograficznymi. Ustalenia te oparto na zdjęciach UV wykonanych przez kamerę monitorującą Venus (VMC) na pokładzie Venus Express.
Znalezienie czegoś podobnego po nocnej stronie było niespodzianką, dopóki nie zdali sobie sprawy, że nie tylko oni to zauważyli. Jak wskazała Peralta:
“To był ekscytujący moment, kiedy zdaliśmy sobie sprawę, że niektóre funkcje chmur na obrazach VIRTIS nie poruszały się wraz z atmosferą. Mieliśmy długą debatę na temat tego, czy wyniki są prawdziwe - dopóki nie zdaliśmy sobie sprawy, że inny zespół, kierowany przez współautora Dr Kouyamę, również niezależnie odkrył stacjonarne chmury po stronie nocnej, korzystając z urządzenia NASA na podczerwień (IRTF) na Hawajach! Nasze ustalenia zostały potwierdzone, gdy sonda Akatsuki JAXA została wstawiona na orbitę wokół Wenus i natychmiast zauważyła największą stacjonarną falę, jaką kiedykolwiek zaobserwowano w Układzie Słonecznym po stronie Wenus.“
Odkrycia te podważają również istniejące modele fal stacjonarnych, które powinny powstać na skutek oddziaływania wiatru powierzchniowego i cech powierzchniowych o dużej wysokości. Jednak wcześniejsze pomiary przeprowadzane w czasach sowieckich Venera lądowniki wskazały, że wiatry powierzchniowe mogą być zbyt słabe, aby mogło to mieć miejsce na Wenus. Ponadto południowa półkula, którą zespół zaobserwował w swoich badaniach, ma dość niskie wzniesienie.
Jak wskazał Ricardo Hueso z Uniwersytetu Kraju Basków (i współautor na papierze), nie wykryli odpowiednich fal stacjonarnych na niższych poziomach chmur. „Spodziewaliśmy się, że fale te znajdą się na niższych poziomach, ponieważ widzimy je na wyższych poziomach, i pomyśleliśmy, że wznoszą się one ponad chmurą z powierzchni” - powiedział. „Z pewnością jest to nieoczekiwany wynik i wszyscy musimy ponownie odwiedzić nasze modele Wenus, aby poznać jego znaczenie”.
Z tych informacji wynika, że topografia i wysokość są powiązane, jeśli chodzi o zachowanie atmosferyczne Wenus, ale nie konsekwentnie. Tak więc fale stojące obserwowane po nocnej stronie Wenus mogą być wynikiem działania innego niewykrytego mechanizmu. Niestety, wydaje się, że atmosfera Wenus - w szczególności kluczowy aspekt superobrotu - wciąż ma dla nas pewne tajemnice.
Badanie wykazało również skuteczność łączenia danych z wielu źródeł, aby uzyskać bardziej szczegółowy obraz dynamiki planety. Dzięki dalszym ulepszeniom oprzyrządowania i udostępniania danych (i być może kolejnej misji lub dwóch na powierzchnię) możemy spodziewać się wyraźniejszego obrazu tego, co napędza dynamikę atmosferyczną Wenus.
Przy odrobinie szczęścia może nadejść dzień, w którym będziemy mogli modelować atmosferę Wenus i przewidywać jej wzorce pogodowe tak dokładnie, jak Ziemi.
