Разгадана главная загадка атмосферы Венеры
Почему атмосферы Венеры вращается в 60 раз быстрее, чем поверхность планеты? Спустя полвека после открытия этого явления у учёных, похоже, есть ответ.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science.
Венера делает один оборот вокруг своей оси за 243 земных дня. Но её атмосфера вращается куда быстрее. Скорость этого движения увеличивается с высотой и достигает максимума в облачном слое в десятках километров над поверхностью. Местный слой газа совершает один оборот вокруг оси планеты всего за четверо земных суток. То есть он вращается в 60 (!) раз быстрее поверхности небесного тела.
Это явление называется супервращением. Оно было открыто более полувека назад, и с тех самых пор планетологи пытаются найти ему объяснение.
"С тех пор как супервращение было обнаружено в 1960-х годах, механизм его возникновения и поддержания оставался загадкой", – говорит первый автор новой статьи Такеси Хориноути (Takeshi Horinouchi) из Университета Хоккайдо.
Поясним, что газовую оболочку небесного тела недостаточно хорошенько разогнать один раз. Этот первоначальный импульс будет вскоре потерян из-за трения потоков газа друг о друга и о поверхность Венеры. Значит, существует постоянно действующий механизм, придающий атмосфере второй планеты вращательное движение. Но какой?
Исследователи из Японии и США дали свой ответ на этот вопрос. Для этого они обработали изображения облачного слоя Венеры, полученные инфракрасными и ультрафиолетовыми камерами японского зонда Akatsuki. Напомним, что он обращается вокруг второй от Солнца планеты с 2015 года.
Авторы разработали новый весьма точный метод для слежения за отдельными облаками. Это позволило им измерить скорость ветра на различных широтах.
Кроме того, эксперты обратили внимание на подозрительно малую разницу между температурой "воздуха" на экваторе и полюсах небесного тела. Из этого они сделали вывод, что в направлении меридианов Венеры дуют мощные постоянные ветры.
Но супервращение, напротив, происходит вдоль параллелей планеты. Эти перпендикулярные потоки газа должны мешать друг другу. Значит, источник, подпитывающий супервращение, должен быть достаточно мощным, чтобы преодолевать это сопротивление.
Дальнейшие изыскания убедили учёных в том, что такой источник не один. В разных широтах действуют разные механизмы.
1. Слабая вертикальная циркуляция и циркуляция в направлении "север – юг" (переносит тепло и момент импульса к высоким широтам).
2. Движение газа с востока на запад, вызываемое тепловым приливом.
3. Поток газа с востока на запад (супервращение).
4. Слабый поток газа с запада, определяемый другими типами атмосферных волн и турбулентностью.
5. Перенос момента импульса атмосферными волнами, вызванными гидродинамической неустойчивостью.
В низких широтах (то есть вблизи экватора) супервращение атмосферы поддерживается за счёт разницы температур между дневным и ночным полушариями.
Напомним, что венерианские сутки длятся 243 земных дня. Так что дневное полушарие успевает порядочно прогреться, тем более что Венера ближе к Солнцу, чем Земля. Вдобавок толстая атмосфера из углекислого газа создаёт мощный парниковый эффект.
Газ, нагревшийся у раскалённой поверхности, поднимается вверх. Там эти массы расширяются вверх и в стороны. В результате на дневной стороне планеты атмосфера становится более толстой, но менее плотной. Газовая оболочка планеты как бы вытягивается навстречу Солнцу. Это явление известно как тепловой прилив, по аналогии с обычным гравитационным приливом, отвечающим за похожий эффект.
По понятным причинам атмосферное давление под приливной выпуклостью значительно ниже, чем на противоположной стороне планеты. Эта разница давлений создаёт мощный поток ветра, который с огромной скоростью устремляется сначала к экватору (где нагрев сильнее всего), а потом в том же направлении, в котором вращается планета, то есть с востока на запад. (Напомним, что Венера и Уран, в отличие от своих собратьев по Солнечной системе, вращаются именно так). Так и создаётся супервращение в низких широтах.
В полярных и средних широтах за супервращение могут отвечать нетепловые газовые волны, по размерам сопоставимые с планетой, и крупномасштабная турбулентность. А вот вблизи экватора эти эффекты, напротив, несколько ослабляют супервращение. Там они направляют потоки газа с запада на восток, против вращения планеты.
К слову, исследователи надеются, что их работа поможет в моделировании атмосфер экзопланет, всё время обращённых к светилу одной стороной. Ведь Венера с её невероятно медленным вращением вокруг своей оси находится почти в таком же положении.
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, что ночная атмосфера Венеры опровергла все существующие представления о ней. Также мы рассказывали, что на этой своенравной обитательнице Солнечной системы обнаружили озоновый слой.