Акацуки ищет источник экстремальной погоды Венеры

Дата: 2021-12-20

Венера

Так как Земля и Венера близки по размерам, их сравнение является важным в понимании пределов обитаемости каменистых планет подобных размеров. Определяющим свойством соседней планеты является её плотная атмосфера, отражающие свойства которой побудили древних астрономов назвать её в честь богини красоты, однако способность её атмосферы улавливать тепло приводит к тому, что при температуре соответствующей её поверхности способен плавиться свинец.

Однако, пожалуй, самой странной особенностью венерианской атмосферы является скорость её вращения. Ветры огибают планету с частотой в 60 раз большей, чем происходит её вращение – это явление известно как супер-вращение (super-rotation).

Превышая в верхних облаках скорость в 360 км/ч, ветры на Венере обоснованно считаются быстрыми. Однако поверхность планеты наоборот, вращается очень медленно. Она обращается вокруг Солнца за 225 земных суток, но венерианские сутки длятся в 243 раза длиннее земных, из-за чего венерианский день оказывается дольше года.

Такое медленное вращение может быть распространённым среди экзопланет размером с Землю, вроде планет составляющих систему TRAPPIST-1 и экзопланеты Проксима Центавра b, чьё медленное вращение вероятно вызвано гравитационными приливными силами. Как и Луна обращается вокруг Земли, экзопланеты в состоянии приливного захвата всё время повёрнуты одной стороной к своей звезде, в результате чего на одной их стороне длится вечный день, а на другой – непрерывная ночь. Низкая частота вращения планеты с атмосферой подобной земной требует эффективной передачи тепла с дневной стороны планеты на ночную, иначе она рискует сколлапсировать на ночной стороне планеты из-за переохлаждения. Такая ситуация может быть обойдена в том случае, если экзопланета в приливном захвате имеет супер-вращение своей атмосферы.

Так что же вызывает супер-вращение на Венере, и является ли это распространённым случаем?

Есть два классических сценария возникновения супер-вращения. В первом из них тяга от трения между атмосферными ветрами и поверхностью планеты вызывает снижение скорости вращения самой планеты и ускорения вращения её атмосферы (это называется механизмом Гираша-Россоу-Уильямса). Во втором сценарии мощные ветра питаются от нагрева атмосферы Солнцем (это известно как «солнечные тепловые приливы»).

Эти сценарии чувствительны к начальным условиям на планете. Умеренный сдвиг температуры на планете может остановить или запустить супер-вращение. Это означает что лишь немногие экзопланеты могут обладать супер-вращением, так как для него на планетах должны быть строго определённые условия.

Но супер-вращение наблюдается на Венере и на вершинах облаков, и на глубине в десятки километров. С учётом того, что Венера отражает значительную часть падающего на неё солнечного света, может ли Солнце управлять супер-вращением в средних слоях венерианской атмосферы?

Изучением разницы между двумя этими моделями и занимается японский зонд Акацуки.

«Акацуки» (что означает «рассвет» на японском) вышел на орбиту Венеры 7 декабря 2015 года. Пресс-конференция связанная с обсуждением полученных в ходе его работы данных была приурочена к третьей годовщине этого события.

Член Международного молодёжного общества (престижной программой для аспирантов от JAXA), доктор Хавьер Перальт представил на пресс-конференции результаты новой работы, опубликованной им в Астрофизическом журнале.

В этой работе Перальт использовал 466 снимков облаков Венеры, полученных инфракрасной камерой IR2 зонда Акацуки на частоте 2,26 микрона с марта по ноябрь 2016 года. Благодаря их сравнению ему удалось проследить скорость движения облаков в атмосфере Венеры за этот период.

На дневной стороне Венеры атмосфера разогревается солнечным светом. Значительная часть инфракрасного и ультрафиолетового света отражается от верхних облаков на высоте в 60-70 км над поверхностью планеты. Тем не менее, сильное инфракрасное излучение исходит от поверхности планеты на ночной стороне. Оно частично блокируется облаками на высотах в 48-60 км. Так как облака имеют различную степень поглощения инфракрасного излучения на разных частотах, оно оказывается прозрачным для камеры IR2 Акацуки. Именно эти, более глубокие облака, и отслеживал Перальта.

Алгоритм Хаврьера Перальта работает в полуавтоматическом режиме: облака маркируются вручную, затем картографируются используя компьютерный алгоритм, после чего результат подтверждается также вручную.

В результате этой работы было проведено 2947 измерения скорости ветра, которые выявили интересную закономерность. В них наблюдалось явное ускорение облаков на солнечной стороне, что указывало на влияние Солнца на слои атмосферы глубоко ниже верхнего облачного слоя.

На более низких широтах это ускорение преимущественно имело зонально характер (облака двигались в направлении на запад) без меридиальной (север-юг) составляющей. Это также указывало на то, что это ускорение является ведомым солнечным светом, так как если бы оно было вызвано источником на поверхности планеты, ветер бы ускорялся в обоих направлениях. Однако Перальта ведёт себя осторожно, настаивая на том, что «дело ещё не закрыто».

«По данным Акацуки в меридиональных ветрах нет чёткой тенденции», – отметил он. «Но мы должны подтвердить это, попробовав измерить скорости ветров с ещё большей точностью». Перальта надеется, что скомбинированные данные Акацуки и европейского зонда «Венера Экспресс» смогут пролить больше света на механизм работы этой системы. Анимация, изображения и измерения ветра, опубликованные в статье Перальты, доступны для загрузки и изучения научным сообществом.

Хаврьера Перальта также рассматривал и данные за пределами миссии Акацуки, сравнивая данные этого зонда с даными других миссий к Венере начиная с 1978 года. Хотя это создало трудности при сравнении данных с различных инструментов от разных зондов и наземных телескопов, Перальта обнаружил изменение скорости ветра за последние 30 лет. Данное открытие согласуется не только с версией солнечного света, но и может свидетельствовать о первом обнаружении изменения климата на другой планете.

«Если приливные силы солнечного света ведут к супер-вращению, это может означать, что альбедо облаков (степень их отражения) могут меняться со временем и влиять на воздействие солнечного излучения», – объясняет он. Такой результат является хорошей новостью для миров в состоянии приливного захвата. Если супер-вращение Венеры вызвано Солнцем, то вероятно, что такая быстрая циркуляция атмосферы является распространённым случаем среди медленно вращающихся экзопланет. Хотя погода при супер-вращении сильно отличается от земной, она может позволить планете сохранить свою атмосферу и даже пригодные для жизни условия на её поверхности.

Сравнивая две землеподобные планеты в нашей Солнечной системе, мы можем узнать намного больше о том, что нужно для того чтобы экзопланета могла быть обитаемой.

Новости астрономии
Все про космос inspaceblog.net