Nieoczekiwane wyniki badań chmur po nocnej stronie Wenus

Naukowcy wykorzystali sondę Venus Express do pierwszych historii badań wiatru i górnych warstw chmur na nocnej stronie Wenus – wyniki okazały się zaskakujące.

Okazało się bowiem, że atmosfera na nocnej stronie Wenus zachowuje się zupełnie inaczej niż na stronie zwróconej ku Słońcu (na stronie dziennej) i charakteryzuje się nieoczekiwanymi i wcześniej nieobserwowanymi typami, morfologią i dynamiką chmur – za niektóre z nich może odpowiadać ukształtowanie powierzchni planety.

„Po raz pierwszy w historii udało nam się scharakteryzować w jaki sposób atmosfera przemieszcza się w skali globalnej nad nocną stroną Wenus”, mówi Javier Peralta z japońskiej agencji badania przestrzeni kosmicznej JAXA oraz główny autor nowego opracowania opublikowanego dzisiaj w periodyku Nature Astronomy„Podczas gdy cyrkulacja atmosfery na dziennej stronie planety została zbadana dość dokładnie, wciąż niewiele wiedzieliśmy o nocnej stronie planety. Odkryliśmy, że skrywające ją chmury tworzą inne kształty niż po stronie dziennej, a topografia planety ma na nie istotny wpływ”.

Atmosfera Wenus zdominowana jest przez silne wiatry które okrążają planetę szybciej niż sama planeta obraca się wokół własnej osi. Zjawisko to zwane „super-rotacją” sprawia, że wiary na Wenus okrążają planetę nawet 60 razy szybciej niż powierzchnia planety poniżej, ciągnąc za sobą chmury. Chmury te przemieszczają się najszybciej w górnej warstwie chmur na wysokości 65-72 km nad powierzchnią.

Mozaika przedstawia atmosferyczną super-rotację górnych warstw chmur na Wenus. Choć super-rotacja występuje zarówno po dziennej jak i nocnej stronie planety, wydaje się bardziej jednorodna po stronie dziennej (AKATSUKI-UVI, po prawej), podczas gdy w nocy wydaje się bardziej nieregularna i nieprzewidywalna (Venus Express/VIRTIS, po lewej). Źródło: ESA, JAXA, J. Peralta i R. Hueso

„Spędziliśmy całe dekady na badaniu tych super-rotujących wiatrów i śledzeniu ruchu górnej warstwy chmur po dziennej stronie – widać je bardzo wyraźnie na zdjęciach wykonanych w zakresie ultrafiolettowym”, mówi Peralta. „Jednak nasze modele Wenus nie są w stanie odtworzyć tej super-rotacji, co wskazuje, że wciąż brakuje nam kilku elementów tej układanki”.

Jak wygląda powierzchnia Wenus skrywana przez chmury?

„Skupiliśmy się na nocnej stronie, ponieważ była ona stosunkowo słabo badana; obserwujemy górne warstwy chmur na ciemnej stronie planety dzięki emisji termicznej. Obserwowanie ich jest dość trudne, ponieważ kontrast na naszych zdjęciach w podczerwieni jest za niski, aby wyłuskać wystarczająco dużo szczegółów”.

Zespół badaczy wykorzystał instrument VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) zainstalowany na pokładzie sondy Venus Express do obserwowania chmur w podczerwieni. „VIRTIS pozwolił nam w końcu dokładnie przyjrzeć się tym chmurom i zobaczyć to czego nie widziały wcześniejsze zespoły badawcze. Wyniki tych obserwacji okazały się naprawdę zaskakujące”, mówi Peralta.

Powyższe panele przedstawiają przykłady nowych typów morfologii chmur odkryte po nocnej stronie Wenus za pomocą sondy Venus Express i teleskopu IRTF. Górny rząd od lewej do prawej: stacjonarne fale obserwowane przez Venus Express, siatka obserwowana za pomocą IRTF; dolny rząd: tajemnicze włókna (po lewej) oraz dynamiczne niestabilności (po prawej). Źródło: ESA, NASA, J. Peralta oraz R. Hueso

Zamiast wykonywać pojedyncze zdjęcia VIRTIS zbierał kostki złożone z setek zdjęć Wenus wykonanych jednocześnie w różnych zakresach promieniowania. Dzięki temu zespół był w stanie połączyć liczne zdjęcia tym samym poprawiając widoczność chmur w niespotykanej dotąd jakości. Zdjęcia wykonane za pomocą VIRTIS odkrywają przed nami zjawiska zachodzące w atmosferze po nocnej stronie Wenus, zjawiska nigdy nie obserwowane po dziennej stronie tej planety.

Najlepsze modele zachowania i cyrkulacji atmosfery Wenus, znane pod nazwą Global Circulation Models (GCM) przewidują, że super-rotacja jest jednorodna po obu stronach planety. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez Peralta i jego współpracowników przeczą tym modelom.

Super-rotacja okazała się bowiem bardziej nieregularna i chaotyczna po nocnej stronie planety.

Chmury wysokie po nocnej stronie planety tworzą kształty, których nie obserwowano nigdzie indziej – duże, falujące, nieregularne i włókniste, z których wiele nigdy nie pojawiało się na zdjęciach dziennej strony – a które zdominowane są przez stacjonarne fale.

Trójwymiarowe właściwości tych stacjonarnych fal zostały określone w procesie łączenia danych z VIRTIS z danymi radiowymi zebranymi za pomocą eksperymentu VeRa (Venus Radio Science experiment) także na pokładzie Venus Express.

Związek między ruchem atmosfery a topografią powierzchni obserwowano już wcześniej po dziennej stronie; w jednym z badań z ubiegłego roku badacze odkryli, że wzory pogodowe i wznoszące się fale po dziennej stronie Wenus bezpośrednio są związane z kształtem powierzchni planety.

Naukowcy dostrzegli potężny łuk w atmosferze Wenus

„To było ekscytujące, gdy uświadomiliśmy sobie, że niektóre cechy chmur na zdjęciach VIRTIS nie poruszały się razem z atmosferą”, mówi Peralta. „Bardzo długo debatowaliśmy czy te wyniki są prawdziwe – do czasu gdy zorientowaliśmy się, że inny zespół kierowany przez dr Kouyama także odkrył sacjonarne chmury po nocnej stronie wykorzystując do tego teleskop podczerwony IRTF na Hawajach! Nasze wyniki zostały potwierdzone po wejściu sondy Akatsuki na orbitę wokół Wenus, kiedy to sonda natychmiast zauważyła największe fale stacjonarne obserwowane w Układzie Słonecznym na dziennej stronie Wenus”.

To odkrycie stanowi nie lada wyzwanie dla istniejących modeli fal stacjonarnych. Oczekiwano, że za takie fale odpowiedzialne są wiatry powierzchniowe oddziałujące z przeszkodami na powierzchni takimi jak chociażby góry. Chociaż tutaj należy zaznaczyć, że wcześniejsze misje rosyjskie obejmujące lądowniki zmierzyły siłę wiatrów powierzchniowych na Wenus, i mogą one być zbyt słabe, aby generować taki efekt.

Południowa półkula planety (oberwowana przez VIRTIS) charakteryzuje się niską elewacją i co ciekawe fale stacjonarne nie występują w średniej i niskiej warstwie chmur (do około 50 km nad powierzchnią).

„Wydawało nam się, że znajdziemy te fale w niższych warstwach ponieważ obserwujemy je w wyższych i myśleliśmy, że wznoszą się one od powierzchni ku górze”, mówi współautor opracowana Ricardo Hueso z Uniwersytetu Kraju Basków w Bilbao. „To zupełnie nieoczekiwany wynik i musimy przeanalizować nasze modele, aby zrozumieć co on oznacza”.

Wpływ topografii na cyrkulację atmosfery pozostaje zatem niejasny; wiele modeli wskazuje, że włączenie czy pominięcie topografii powierzchni wpływa na zachowanie atmosfery, ale nie wykazuje dużego wpływu topografii na kształt chmur.

„Te badania stanowią nie lada wyzwanie dla naszej obecnej wiedzy o modelowaniu klimatu i o super-rotacji, która jest kluczowym zjawiskiem na Wenus”, mówi Håkan Svedhem, naukowiec misji Venus Express w ESA.

Źródło: ESA

Komentarze

comments