Venus 'atmosfære er lige så mystisk som den er tæt og brændende. I generationer har forskere forsøgt at studere det ved hjælp af jordbaserede teleskoper, orbitale missioner og den lejlighedsvise atmosfæriske sonde. Og i 2006, ESA'erne Venus Express mission blev den første sonde til at gennemføre langsigtede observationer af planetens atmosfære, som afslørede meget om dens dynamik.
Ved hjælp af disse data gennemførte et team af internationale videnskabsfolk - ledet af forskere fra det japanske luftfarts- og efterforskningsagentur (JAXA) - for nylig en undersøgelse, der karakteriserede vind- og øvre skymønstre på nattsiden af Venus. Ud over at være den første af sin art afslørede denne undersøgelse også, at atmosfæren opfører sig forskelligt på nattsiden, hvilket var uventet.
Undersøgelsen med titlen "Stationære bølger og langsomt bevægende funktioner i natens øverste skyer af Venus" dukkede for nylig op i det videnskabelige tidsskrift Naturastronomi. Under ledelse af Javier Peralta, International Top Young Fellow for JAXA, konsulterede holdet data indhentet af Venus Express ' pakke af videnskabelige instrumenter for at studere planetens tidligere usete skytyper, morfologier og dynamik.
Mens der er foretaget masser af undersøgelser af Venus 'atmosfære fra soace, var dette første gang, at en undersøgelse ikke var fokuseret på klodens levetid. Som Dr. Peralta forklarede i en ESA-pressemeddelelse:
“Dette er første gang, vi har været i stand til at karakterisere, hvordan atmosfæren cirkulerer på nattsiden af Venus på verdensplan. Mens den atmosfæriske cirkulation på klodens dagslys er blevet udforsket i vid udstrækning, var der stadig meget at opdage om nattsiden. Vi fandt, at skymønstrene der er forskellige fra dem på dagen og påvirket af Venus 'topografi.“
Siden 1960'erne har astronomer været klar over, at Venus 'atmosfære opfører sig meget forskelligt end andre jordiske planeter. Mens Jorden og Mars har atmosfærer, der co-roterer med omtrent den samme hastighed som planeten, kan Venus 'atmosfære nå hastigheder på mere end 360 km / t (224 mph). Så mens planeten tager 243 dage at rotere en gang på sin akse, tager atmosfæren kun 4 dage.
Disse fænomener, kendt som ”super-rotation”, betyder i det væsentlige, at atmosfæren bevæger sig over 60 gange hurtigere end selve planeten. Desuden har målinger i fortiden vist, at de hurtigste skyer er placeret på det øverste skyniveau, 65 til 72 km (40 til 45 mi) over overfladen. På trods af årtiers undersøgelse har atmosfæriske modeller ikke været i stand til at gengive superrotation, hvilket tydede på, at nogle af mekanikerne var ukendte.
Som sådan var Peralta og hans internationale team - der omfattede forskere fra Universidad del País Vasco i Spanien, Universitetet i Tokyo, Kyoto Sangyo-universitetet, Center for Astronomi og Astrofysik (ZAA) ved Berlins tekniske universitet og Institut for astrofysik og Space Planetology i Rom - valgte at se på den uudforskede side for at se, hvad de kunne finde. Som han beskrev det:
”Vi fokuserede på nattsiden, fordi det var blevet udforsket dårligt; vi kan se de øverste skyer på klodens nattside via deres termiske emission, men det har været svært at observere dem ordentligt, fordi kontrasten i vores infrarøde billeder var for lav til at samle nok detaljer. ”
Dette bestod af at observere Venus 'nat sideskyer med sondens synlige og infrarøde termiske billedspektrometer (VIRTIS). Instrumentet samlet hundreder af billeder samt forskellige bølgelængder, som teamet derefter kombinerede for at forbedre skyenes synlighed. Dette gjorde det muligt for teamet at se dem ordentligt for første gang, og afslørede også nogle uventede ting om Venus 'nattsidestemning.
Det, de så, var, at atmosfærisk rotation syntes at være mere kaotisk på nattesiden end hvad der er blevet observeret tidligere på dagen. De øverste skyer dannede også forskellige former og morfologier - dvs. store, bølgede, ujævn, uregelmæssige og filamentlignende mønstre - og blev domineret af stationære bølger, hvor to bølger, der bevæger sig i modsatte retninger, annullerer hinanden og skaber et statisk vejrmønster.
3D-egenskaberne for disse stationære bølger blev også opnået ved at kombinere VIRTIS-data med radiovidenskabelige data fra Venus Radio Science-eksperimentet (VeRa). Naturligvis blev teamet overrasket over at finde denne slags atmosfæriske opførsel, da de var uforenelige med, hvad der rutinemæssigt er blevet observeret ved dagen. Desuden er de i modstrid med de bedste modeller til at forklare dynamikken i Venus 'atmosfære.
Disse modeller, der er kendt som Global Circulation Models (GCMs), forudsiger, at super-rotation på Venus ville forekomme stort set på samme måde på både naturen og natsiden. Derudover bemærkede de, at stationære bølger på nattesiden syntes at være sammenfaldende med højtliggende funktioner. Som Agustin Sánchez-Lavega, en forsker fra University del País Vasco og en medforfatter på papiret, forklarede:
“Stationære bølger er sandsynligvis det, vi vil kalde tyngdekraftsbølger - med andre ord stigende bølger genereret lavere i Venus 'atmosfære, der ser ud til ikke at bevæge sig med planetens rotation. Disse bølger er koncentreret over stejle, bjergrige områder af Venus; dette antyder, at planetens topografi påvirker, hvad der sker langt oppe i skyerne.“
Dette er ikke første gang, at forskere har set en mulig forbindelse mellem Venus 'topografi og dens atmosfæriske bevægelse. Sidste år producerede et team af europæiske astronomer en undersøgelse, der viste, hvordan vejrmønstre og stigende bølger om dagen syntes at være direkte forbundet med topografiske træk. Disse fund var baseret på UV-billeder taget af Venus Monitoring Camera (VMC) om bord på Venus Express.
At finde noget lignende sker på nattsiden var noget af en overraskelse, indtil de indså, at de ikke var de eneste, der fik øje på dem. Som Peralta angav:
“Det var et spændende øjeblik, da vi indså, at nogle af skyfunktionerne i VIRTIS-billederne ikke bevægede sig sammen med atmosfæren. Vi havde en lang debat om, hvorvidt resultaterne var virkelige - indtil vi indså, at et andet hold, ledet af medforfatter Dr. Kouyama, også uafhængigt havde opdaget stationære skyer på nattsiden ved hjælp af NASAs Infrarøde teleskopfacilitet (IRTF) på Hawaii! Vores fund blev bekræftet, da JAXAs Akatsuki-rumfartøj blev indsat i kredsløb omkring Venus og straks fik øje på den største stationære bølge, der nogensinde er observeret i solsystemet ved Venus 'dage.“
Disse fund udfordrer også eksisterende modeller af stationære bølger, som forventes at danne ud fra samspillet mellem overfladevind og højhøjdeoverfladefunktioner. Tidligere målinger udført af sovjettiden Venera landere har indikeret, at overfladevind kan være for svag til, at dette kan ske på Venus. Derudover er den sydlige halvkugle, som teamet observerede til deres undersøgelse, ret lav i højden.
Og som Ricardo Hueso fra Universitetet i Baskerlandet (og en medforfatter på papiret) antydede, opdagede de ikke tilsvarende stationære bølger i de lavere skyniveauer. ”Vi forventede at finde disse bølger i de lavere niveauer, fordi vi ser dem i de øverste niveauer, og vi troede, at de steg op gennem skyen fra overfladen,” sagde han. "Det er et uventet resultat med sikkerhed, og vi bliver alle nødt til at genoverveje vores modeller af Venus for at udforske dens betydning."
Fra disse oplysninger ser det ud til, at topografi og elevation er forbundet, når det kommer til Venus 'atmosfæriske opførsel, men ikke konsekvent. Så de stående bølger, der observeres på Venus 'natside, kan være resultatet af en anden uopdaget mekanisme på arbejdet. Desværre ser det ud til, at Venus 'atmosfære - især det centrale aspekt af superrotation - stadig har nogle mysterier for os.
Undersøgelsen demonstrerede også effektiviteten af at kombinere data fra flere kilder for at få et mere detaljeret billede af en planetes dynamik. Med yderligere forbedringer i instrumentering og datadeling (og måske en anden mission eller to på overfladen) kan vi forvente at få et klarere billede af, hvad der styrer Venus 'atmosfæriske dynamik inden længe.
Med lidt held kan der endnu komme en dag, hvor vi kan modellere atmosfæren i Venus og forudsige dens vejrmønstre lige så præcist som vi gør på Jorden.
