Загадка гуляющих ветров Венеры (ФОТО)
Поскольку Венера находится ближе всех планет к Земле, за ней очень удобно наблюдать. Однако при всем этом, «утренняя звезда» таит очень много загадок. Нет, жизни на ней точно нет. Особенно интересует ученых быстро вращающаяся атмосфера Венеры. Это одна из нерешенных загадок Солнечной системы, которая поднимает такие сильные ветры в атмосфере Венеры, что один ветер может облететь планету за четыре дня. Последние данные спутника Venus Express показали, что ветры становятся все быстрее.
Будучи по размерам близкой к Земле, Венера покрыта очень плотной ядовитой атмосферой, богатой углекислым газом. Поверхность планеты полностью укрыта покрывалом из мягких желтоватых облаков. Только ультрафиолетовые волны (и в меньшей степени волны инфракрасного диапазона) проникают сквозь облака, да и то теряются в них из-за неизвестного поглотителя ультрафиолета в толчее облаков. Отслеживая движения этих облаков, наблюдатели смогли измерить суперураганные ветры, которые кружат над поверхностью планеты, примерно на 70-километровой высоте над знойными вулканическими равнинами.
Несмотря на десятки лет наблюдений с Земли и бортов космических аппаратов, ряд тайн остается нераскрытым. Что вызывает невероятное вращение атмосферы Венеры? Ветры движутся в 50 раз быстрее, чем вращается сама планета. Как изменяются ветры в зависимости от широты и долготы? Как они меняются со временем?
Ответы на некоторые из этих вопросов в настоящее время пытаются получить с помощью инструментария на борту Venus Express, например, Venus Monitoring Camera (VMC), которая наблюдает за атмосферой десять венерианских лет, эквивалентных шести земным. VMC делает мгновенные снимки Венеры в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазонах. Одновременная визуализация этих двух диапазонов позволяет выявить особенности облаков, и таким образом получить данные о ветрах на двух разных уровнях — в 70 и 60 километрах над поверхностью.
Venus Express кружит на орбите 24 часа, подходит примерно на расстояние в 250 км до северного полюса, а потом движется 66 000 км к южному полюсу. Такая эллиптическая траектория обеспечивает хорошие условия мониторинга всего южного полушария, позволяет делать снимки в высоком разрешении. Эти факторы, вкупе с фотографиями VMC, позволили впервые составить подробную карту ветров, с температурой и направлениями, за пять лет.
Последние анализы движения облаков Венеры и скорости ветров, основанные на данных VMC, сделаны двумя независимыми группами — одной из России (под руководством Хатунцева) и японской командой (Коуяма). Кропотливо измеряя передвижение облаков по изображениям VMC, две группы выявили новые закономерности во вращении планеты.
«Мы проанализировали изображения, полученные в процессе 127 орбитальных полетов, методом ручного наблюдения и отслеживания, а также 600 орбит методом цифровой корреляции», — сообщил Игорь Хатунцев из Института космических исследований в Москве в статье в журнале «Икарус». — «Более 45 000 функций было отслежено путем человеческого визуального сравнения и более 350 000 функций были наблюдаемы автоматически при помощи компьютерной программы».
Ручной метод измерения скорости ветра заключается в отслеживании движений высококонтрастных облаков по нескольким снимкам, сделанным в разное время. Такой подход позволил составить более качественные шаблоны движения облаков и более точные, нежели те, которые получены цифровым методом в средних и высоких широтах, где облака, как правило, выстраиваются в ряды или там, где низкий контраст. Единственный минус такого метода — он занимает много времени.
С другой стороны, техника цифрового отслеживания способна упорядочивать обработку изображений и выдает в 10 раз больше векторов ветра. Оба метода хороши при изучении низких широт (ниже 40 градусов), но цифровому отдается предпочтение при изучении потоков со средней скоростью.
Японско-шведская команда полагалась исключительно на свой автоматизированный метод отслеживания, выводя данные из нескольких снимков, сделанных с разницей в час, на широтах между 55 и 70. Специально разработанная математическая формула должна была уменьшить количество ошибок в анализах изображений. Анализ этой команды был опубликован в журнале Geophysical Research.
Подробный анализ позволил установить среднюю атмосферную циркуляцию, долгосрочные и суточные тенденции, вариации от орбиты к орбите и периодичность.
В низких широтах средней зоны (восток-запад) ветер движется со скоростью примерно 94 м/с (338 км/ч) в ретроградном направлении. (Поверхность Венеры и атмосферы движутся в ретроградном направлении, т.е. по часовой стрелке от северного полюса, в противоположном направлении движения других планет). Скорость зонального ветра достигает пика на 40-50 градусах ю.ш. и достигает 102 м/с в потоках средних широт. От 50 градусов по направлению к полюсу зональный ветер резко теряет скорость. Это означает, что ветры верхней границы облачности обходят планету по экватору за пять дней, и только за три — в средних широтах.
Средний меридиональный ветер (от экватора к полюсу) медленно нарастает с нуля на экваторе до 10 м/с на 50 градусах ю.ш. На более высоких широтах меридиональный ветер постепенно замедляется, достигая нулевой скорости при приближении к быстро движущемуся оку глобального вихря, расположенного на полюсе.
Пожалуй, самое крупное открытие — это постоянное увеличение верхней планки скорости ветра средней границы облачности с 300 км/ч до почти 400 км/ч в период с 2006 по 2013 год.
«Это огромное увеличение и без того высокой скорости вращения атмосферы», — прокомментировал Игорь Хатунцев. — «Такого большого разброса никогда ранее не наблюдалось на Венере, и мы не понимаем, почему он случился».
Обе работы также показали, что скорость ветра демонстрирует кратковременные и долговременные колебания. Сюда входят регулярные изменения, связанные с местным временем дня и высотой солнца над горизонтом.
Другие изменения скорости ветра еще труднее объяснить. По некоторым наблюдениям, зональный ветер медленно тормозит с 100-110 м/с на экваторе до менее чем 50 м/с в полярном регионе, в то время как по другим наблюдениям скорость ветра была постоянной на 40 градусе ю.ш. с небольшим ускорением на 50 градусе.
«Мы выявили пик, происходящий каждые 238 дней, но это может быть и ошибка», — говорит Хатунцев. — «Его можно связать с периодами, когда VMC могла проводить наблюдения на дневной стороне планеты».
«Наш анализ ежедневной скорости передвижения облаков, сделанный на основе снимков с VMC, показал, что средняя зональная скорость постоянно варьируется в пределах 20 м/с каждые 255 дней», — сообщил Тору Коуяма из Научно-исследовательского института в Ибараки в Японии.
«Эти документы увеличили число вопросов, на которые нам нужно ответить и которые связаны с атмосферным супервращением Венеры. Это одна из самых больших необъяснимых тайн Солнечной системы», — сказал Хакан Сведхем, ученый проекта Venus Express. — «Дальнейшие исследования пространственной структуры ветра необходимы для того, чтобы объяснить, что движет схемой атмосферной циркуляции. А тем временем Venus Express продолжает удивлять нас своими наблюдениями за этой динамичной и изменчивой планетой».
Первая европейская миссия на Венеру началась с запуска Venus Express с космодрома Байконур 9 ноября 2005 года на пусковой установке «Союз-Фрегат». На орбиту Венеры аппарат вышел 11 апреля 2006 года. Полезный груз спутника включает различные спектрометры, спектрофотоаппараты и фотоаппараты, делающие снимки в диапазонах от ультрафиолетового до теплового инфракрасного спектра; также на борту есть анализатор плазмы и магнитометр.
