Venus 'atmosfär är lika mystisk som den är tät och brännande. I generationer har forskare försökt studera det med markbaserade teleskop, omloppsuppdrag och enstaka atmosfärisk sond. Och 2006, ESA: s Venus Express uppdraget blev den första sonden som genomförde långsiktiga observationer av planetens atmosfär, vilket avslöjade mycket om dess dynamik.
Med hjälp av dessa uppgifter genomförde ett team av internationella forskare - under ledning av forskare från det japanska flyg- och utforskningsverket (JAXA) - nyligen en studie som kännetecknade vind- och övre molnmönster på nattsidan av Venus. Förutom att vara den första i sitt slag avslöjade denna studie också att atmosfären beter sig på nattsidan, vilket var oväntat.
Studien, med titeln "Stationära vågor och långsamt rörliga funktioner i natten övre molnen i Venus", dykte nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Naturastronomi. Ledd av Javier Peralta, JAXAs internationella topp-unga kollega, konsulterade teamet data som erhållits av Venus Express ' svit av vetenskapliga instrument för att studera planetens osynliga molntyper, morfologier och dynamik.
Medan många studier har genomförts av Venus atmosfär från soace, var detta första gången som en studie inte fokuserade på planeten på dagen. Som Dr. Peralta förklarade i ett ESA-pressmeddelande:
“Det här är första gången vi har kunnat karakterisera hur atmosfären cirkulerar på nattsidan av Venus i global skala. Medan den atmosfäriska cirkulationen på planetens dagslängd har utforskats i stort, var det fortfarande mycket att upptäcka om nattsidan. Vi fann att molnmönstren där skiljer sig från dem på dagen och påverkas av Venus topografi.“
Sedan 1960-talet har astronomer varit medvetna om att Venus 'atmosfär uppträder mycket annorlunda än i andra markplaneter. Medan Jorden och Mars har atmosfärer som roterar med ungefär samma hastighet som planeten, kan Venus 'atmosfär nå en hastighet på mer än 360 km / h (224 mph). Så medan planeten tar 243 dagar att rotera en gång på sin axel, tar atmosfären bara fyra dagar.
Detta fenomen, känd som "super-rotation", betyder i huvudsak att atmosfären rör sig över 60 gånger snabbare än planeten själv. Dessutom har tidigare mätningar visat att de snabbaste molnen finns på den övre molnivån, 65 till 72 km (40 till 45 mi) över ytan. Trots decennier av studier har atmosfäriska modeller inte kunnat reproducera superrotation, vilket indikerade att en del av mekaniken var okänd.
Som sådan var Peralta och hans internationella team - som inkluderade forskare från Universidad del País Vasco i Spanien, University of Tokyo, Kyoto Sangyo University, Center for Astronomy and Astrophysics (ZAA) vid Berlins tekniska universitet och Institute of Astrophysics och Space Planetology i Rom - valde att titta på den outforskade sidan för att se vad de kunde hitta. Som han beskrev det:
”Vi fokuserade på nattsidan eftersom det hade varit dåligt utforskat; vi kan se de övre molnen på planetens nattsida via deras termiska emission, men det har varit svårt att observera dem ordentligt eftersom kontrasten i våra infraröda bilder var för låg för att få tillräckligt med detaljer. "
Detta bestod av att observera Venus nattmoln med sondens synliga och infraröda termiska bildspektrometer (VIRTIS). Instrumentet samlade hundratals bilder samtidigt och olika våglängder, som teamet sedan kombinerade för att förbättra molnens synlighet. Detta gjorde det möjligt för teamet att se dem ordentligt för första gången och avslöjade också några oväntade saker om Venus nattatmosfär.
Vad de såg var att atmosfärisk rotation tycktes vara mer kaotisk på nattsidan än vad som har observerats tidigare på dagen. De övre molnen bildade också olika former och morfologier - dvs stora, vågiga, fläckiga, oregelbundna och filamentliknande mönster - och dominerades av stationära vågor, där två vågor som rör sig i motsatta riktningar avbryter varandra och skapar ett statiskt vädermönster.
3D-egenskaperna för dessa stationära vågor erhölls också genom att kombinera VIRTIS-data med radiovetenskapliga data från Venus Radio Science-experimentet (VeRa). Naturligtvis blev teamet förvånad över att hitta dessa typer av atmosfäriska beteenden eftersom de var oförenliga med vad som rutinmässigt har observerats på dagen. Dessutom motsäger de de bästa modellerna för att förklara dynamiken i Venus atmosfär.
Kända som globala cirkulationsmodeller (GCM) förutspår dessa modeller att på Venus skulle superrotation inträffa på ungefär samma sätt både på dagssidan och på nattsidan. Dessutom märkte de att stationära vågor på nattsidan tycktes sammanfalla med höga höjder. Som Agustin Sánchez-Lavega, en forskare från University del País Vasco och en medförfattare på tidningen, förklarade:
“Stationära vågor är förmodligen det vi kallar gravitationvågor - med andra ord stigande vågor som genereras lägre i Venus atmosfär som verkar inte röra sig med planetens rotation. Dessa vågor är koncentrerade över branta, bergiga områden i Venus; detta antyder att planetens topografi påverkar vad som händer långt uppe i molnen.“
Detta är inte första gången som forskare har upptäckt en möjlig koppling mellan Venus topografi och dess atmosfäriska rörelse. Förra året producerade ett team av europeiska astronomer en studie som visade hur vädermönster och stigande vågor på dagen visade sig vara direkt kopplade till topografiska drag. Dessa fynd baserades på UV-bilder tagna av Venus Monitoring Camera (VMC) ombord på Venus Express.
Att hitta något liknande som händer på nattsidan var något av en överraskning tills de insåg att de inte var de enda som upptäckte dem. Som Peralta antydde:
“Det var ett spännande ögonblick då vi insåg att några av molnfunktionerna i VIRTIS-bilderna inte rörde sig med atmosfären. Vi hade en lång debatt om huruvida resultaten var verkliga - tills vi insåg att ett annat team, under ledning av medförfattare Dr. Kouyama, också oberoende hade upptäckt stationära moln på nattsidan med hjälp av NASA: s Infrared Telescope Facility (IRTF) på Hawaii! Våra resultat bekräftades när JAXAs Akatsuki-rymdskepp infördes i omloppsbana runt Venus och omedelbart upptäckte den största stationära vågen som någonsin har observerats i solsystemet vid Venus dagstid.“
Dessa fynd utmanar också befintliga modeller av stationära vågor, som förväntas bildas genom samverkan mellan ytvind och ytuppbyggnad med hög höjd. Men tidigare mätningar utförda av sovjettiden Venera landare har angett att ytvindarna kan vara för svaga för att detta ska hända på Venus. Dessutom är den södra halvklotet, som teamet observerade för sin studie, ganska låg i höjden.
Och som Ricardo Hueso från universitetet i Baskien (och en medförfattare på papperet) antydde, upptäckte de inte motsvarande stationära vågor i de lägre molnivåerna. "Vi förväntade oss att hitta dessa vågor i de lägre nivåerna eftersom vi ser dem i de övre nivåerna, och vi trodde att de steg upp genom molnet från ytan," sade han. "Det är ett oväntat resultat med säkerhet, och vi måste alla gå igenom våra modeller av Venus för att utforska dess betydelse."
Av denna information verkar det som om topografi och höjd är kopplade när det gäller Venus atmosfäriska beteende, men inte konsekvent. Så de stående vågorna som observeras på Venus nattssida kan vara resultatet av någon annan oupptäckt mekanism på jobbet. Tyvärr verkar det som att Venus 'atmosfär - i synnerhet den viktigaste aspekten av superrotation - fortfarande har några mysterier för oss.
Studien visade också effektiviteten av att kombinera data från flera källor för att få en mer detaljerad bild av planetens dynamik. Med ytterligare förbättringar i instrumentering och datadelning (och kanske ytterligare ett uppdrag eller två till ytan) kan vi förvänta oss att få en tydligare bild av vad som driver Venus 'atmosfäriska dynamik innan länge.
Med lite tur kan det komma ännu en dag då vi kan modellera atmosfären i Venus och förutsäga dess vädermönster lika exakt som vi gör på Jorden.
