Venus 'atmosfære er like mystisk som den er tett og svidd. I generasjoner har forskere forsøkt å studere det ved hjelp av bakkebaserte teleskoper, baneoppdrag og en og annen atmosfærisk sonde. Og i 2006, ESA-ene Venus Express oppdrag ble den første sonden som gjennomførte langsiktige observasjoner av planetens atmosfære, som avslørte mye om dens dynamikk.
Ved hjelp av disse dataene gjennomførte et team av internasjonale forskere - ledet av forskere fra Japan Aerospace and Exploration Agency (JAXA) - nylig en studie som preget vind- og øvre skymønster på nattsiden av Venus. I tillegg til å være den første i sitt slag, avslørte denne studien også at atmosfæren oppfører seg annerledes på nattsiden, noe som var uventet.
Studien, med tittelen “Stationary Waves and Slowly Moving Features in the Night Upper Clouds of Venus”, dukket nylig opp i det vitenskapelige tidsskriftet Naturastronomi. Anført av Javier Peralta, den internasjonale topp unge stipendiaten i JAXA, konsulterte teamet data innhentet av Venus Express ' pakke med vitenskapelige instrumenter for å studere planetens usynlige skytyper, morfologier og dynamikk.
Mens det har blitt utført mange studier av Venus 'atmosfære fra soace, var dette første gang at en studie ikke var fokusert på planeten på dagen. Som Dr. Peralta forklarte i en ESAs pressemelding:
“Dette er første gang vi har kunnet prege hvordan atmosfæren sirkulerer på nattsiden av Venus i global skala. Mens den atmosfæriske sirkulasjonen på klodens dagside har blitt utforsket mye, var det fremdeles mye å oppdage om nattsiden. Vi fant ut at skymønstrene der er forskjellige fra dagtid, og påvirket av Venus 'topografi.“
Siden 1960-tallet har astronomer vært klar over at Venus 'atmosfære oppfører seg mye annerledes enn andre jordiske planeter. Mens Jorden og Mars har atmosfærer som co-roterer med omtrent samme hastighet som planeten, kan Venus 'atmosfære nå hastigheter på mer enn 360 km / t (224 mph). Så mens planeten tar 243 dager å rotere en gang på sin akse, tar atmosfæren bare 4 dager.
Dette fenomenet, kjent som "super-rotation", betyr egentlig at atmosfæren beveger seg over 60 ganger raskere enn planeten selv. I tillegg har målinger i det siste vist at de raskeste skyene befinner seg på det øvre skynivået, 65 til 72 km (40 til 45 mi) over overflaten. Til tross for flere tiår med studier, har atmosfæriske modeller ikke klart å reprodusere superrotasjon, noe som indikerte at noe av mekanikken var ukjent.
Som sådan var Peralta og hans internasjonale team - som inkluderte forskere fra Universidad del País Vasco i Spania, University of Tokyo, Kyoto Sangyo University, Center for Astronomy and Astrophysics (ZAA) ved Berlins tekniske universitet og Institute of Astrophysics og Space Planetology i Roma - valgte å se på den uutforskede siden for å se hva de kunne finne. Som han beskrev det:
”Vi fokuserte på nattsiden fordi den hadde blitt lite utforsket; vi kan se de øvre skyene på klodens nattside via deres termiske utslipp, men det har vært vanskelig å observere dem ordentlig fordi kontrasten i våre infrarøde bilder var for lav til å samle nok detaljer. "
Dette besto av å observere Venus ’nattsideskyer med sondens synlige og infrarøde termiske imaging-spektrometer (VIRTIS). Instrumentet samlet hundrevis av bilder samtidig og forskjellige bølgelengder, som teamet deretter kombinerte for å forbedre skyenes synlighet. Dette gjorde det mulig for teamet å se dem ordentlig for første gang, og avslørte også noen uventede ting om Venus ’nattsidestemning.
Det de så, var at atmosfærisk rotasjon så ut til å være mer kaotisk på nattsiden enn det som har blitt observert tidligere på dagen. De øvre skyene dannet også forskjellige former og morfologier - dvs. store, bølgete, ujevn, uregelmessige og glødelignende mønstre - og ble dominert av stasjonære bølger, der to bølger som beveger seg i motsatte retninger, avbryter hverandre og skaper et statisk værmønster.
3D-egenskapene til disse stasjonære bølgene ble også oppnådd ved å kombinere VIRTIS-data med radiovitenskapelige data fra Venus Radio Science-eksperimentet (VeRa). Naturligvis ble teamet overrasket over å finne denne typen atmosfæreoppførsel siden de var i strid med det som rutinemessig har blitt observert på dagtid. Dessuten motsier de de beste modellene for å forklare dynamikken i Venus 'atmosfære.
Disse modellene, som er kjent som Global Circulation Models (GCMs), forutsier at super-rotasjon på Venus ville skje på omtrent samme måte både på dagkanten og på nattsiden. Dessuten la de merke til at stasjonære bølger på nattsiden så ut til å falle sammen med høye høydefunksjoner. Som Agustin Sánchez-Lavega, en forsker fra University del País Vasco og en medforfatter på papiret, forklarte:
“Stasjonære bølger er sannsynligvis det vi vil kalle tyngdekraftsbølger - med andre ord stigende bølger generert lavere i Venus 'atmosfære som ser ut til å ikke bevege seg med planetens rotasjon. Disse bølgene er konsentrert over bratte, fjellrike områder av Venus; dette antyder at planetens topografi påvirker hva som skjer langt oppe i skyene.“
Dette er ikke første gang forskere har sett en mulig sammenheng mellom Venus 'topografi og dens atmosfæriske bevegelse. I fjor produserte et team av europeiske astronomer en studie som viste hvordan værmønstre og stigende bølger på dagkanten så ut til å være direkte koblet til topografiske trekk. Disse funnene var basert på UV-bilder tatt av Venus Monitoring Camera (VMC) om bord i Venus Express.
Å finne noe lignende som skjedde på nattsiden var noe av en overraskelse, helt til de skjønte at de ikke var de eneste som fikk øye på dem. Som Peralta antydet:
“Det var et spennende øyeblikk da vi innså at noen av skyfunksjonene i VIRTIS-bildene ikke beveget seg sammen med atmosfæren. Vi hadde en lang debatt om hvorvidt resultatene var reelle - helt til vi innså at et annet team, ledet av medforfatter Dr. Kouyama, også uavhengig hadde oppdaget stasjonære skyer på nattsiden ved hjelp av NASAs Infrarøde teleskopanlegg (IRTF) på Hawaii! Våre funn ble bekreftet da JAXAs Akatsuki-romfartøy ble satt inn i bane rundt Venus og øyeblikkelig oppdaget den største stasjonære bølgen som noen gang er observert i solsystemet på Venus 'dagside.“
Disse funnene utfordrer også eksisterende modeller av stasjonære bølger, som forventes å danne ut fra samspillet mellom overflatevind og overflateegenskaper med høy høyde. Tidligere målinger utført av sovjettiden Venera landere har indikert at overflatevindene kan være for svake til at dette kan skje på Venus. I tillegg er den sørlige halvkule, som teamet observerte for sin studie, ganske høy i høyden.
Og som Ricardo Hueso fra Universitetet i Baskerland (og en medforfatter på papiret) antydet, oppdaget de ikke tilsvarende stasjonære bølger i de lavere skynivåene. "Vi forventet å finne disse bølgene i de lavere nivåene fordi vi ser dem i de øvre nivåene, og vi trodde at de reiste seg opp gjennom skyen fra overflaten," sa han. "Det er et uventet resultat med sikkerhet, og vi må alle se på modellene våre for Venus for å utforske betydningen."
Ut fra denne informasjonen ser det ut til at topografi og elevasjon henger sammen når det gjelder Venus 'atmosfæriske oppførsel, men ikke konsekvent. Så de stående bølgene som er observert på Venus ’nattside kan være et resultat av en annen uoppdaget mekanisme på jobb. Akk, ser det ut til at Venus 'atmosfære - spesielt nøkkelaspektet ved superrotasjon - fremdeles har noen mysterier for oss.
Studien demonstrerte også effektiviteten av å kombinere data fra flere kilder for å få et mer detaljert bilde av en planetes dynamikk. Med ytterligere forbedringer i instrumentering og datadeling (og kanskje et annet oppdrag eller to til overflaten) kan vi forvente å få et tydeligere bilde av hva som driver Venus 'atmosfæriske dynamikk før lenge.
Med litt flaks kan det ennå komme en dag hvor vi kan modellere atmosfæren til Venus og forutsi værmønstrene like nøyaktig som vi gjør på Jorden.
