Новое исследование предложило объяснение таинственной погодной аномалии на Венере, что позволяет лучше понять изменчивость климата на других планетах Солнечной системы. Ученые из Токийского университета представили свои результаты в статье, опубликованной недавно в журнале Journal of Geophysical Research, где рассматривается крупномасштабное облачное возмущение, зафиксированное на второй планете от Солнца. Это необычное облачное образование представляет собой волну шириной 6000 километров, которая облетает Венеру всего за несколько дней, и, по мнению специалистов, может оказать влияние на будущие космические экспедиции.
Японский орбитальный аппарат «Akatsuki» впервые зафиксировал масштабную атмосферную волну, протяженность которой составляет 6000 километров, перемещающуюся по экватору планеты с большой скоростью в 2016 году. Спустя десять лет команда исследователей из Токийского университета смогла получить объяснения относительно этой уникальной особенности. Венера, в отличие от Земли, вращается значительно медленнее – ее вращение происходит даже медленнее, чем ее 243-дневный оборот вокруг Солнца. Однако облака Венеры перемещаются с поразительной скоростью, которая в 60 раз превышает скорость вращения самой планеты. Это явление, известное как «суперротация», также наблюдается на Марсе, Солнце и в верхних слоях атмосферы Земли, где скорость ветров может быть очень высокой.
«По словам ведущего автора исследования, профессора Такеши Имамура из Высшей школы пограничных наук Токийского университета, это явление было выявлено, но долгое время оставалось непонятным. Тем не менее, данное исследование позволяет продемонстрировать, что причиной облачного возмущения стал крупнейший из зафиксированных гидравлических скачков в Солнечной системе ».
Атмосфера Венеры характеризуется высокой температурой, плотностью и токсичностью. Она преимущественно состоит из углекислого газа (около 97%), что обуславливает постоянное наличие облаков, из которых выпадает серная кислота. Несмотря на то, что условия на Венере несовместимы с жизнью человека, с точки зрения науки она представляет собой прекрасную природную лабораторию для изучения метеорологических явлений. Высокая плотность облаков позволяет более отчетливо наблюдать погодные процессы и паттерны, чем на Земле.
Необычная структура, появившаяся в атмосфере Венеры, образовалась из-за резкого снижения скорости потока, называемого гидравлическим скачком. Этот эффект возникает, когда крупная атмосферная волна Кельвина, распространяющаяся на восток над Венерой, становится неустойчивой в нижних и средних слоях облаков. Резкое замедление волны Кельвина вызывает восходящий поток, который поднимает пары серной кислоты в верхние слои атмосферы, где они могут образовывать облака.
Облака, следуя за этим потоком, формируют обширный волновой фронт, который ранее был зафиксирован аппаратом Akatsuki. « По словам Имамура, на Венере можно выделить три различных слоя облаков, а поведение нижних и средних слоев до сих пор изучено недостаточно хорошо. Неожиданным оказалось обнаружение гидравлического скачка на Венере, который соединяет крупномасштабный горизонтальный процесс с мощной, локализованной вертикальной волной, поскольку в гидродинамике подобные явления обычно не взаимосвязаны ».
Для изучения гидравлического скачка, который наблюдается на Венере, японские ученые применили гидродинамическую модель и дополнительно использовали микрофизическую боксовую модель для анализа движения воздушных масс в атмосфере. Исследователи из Токийского университета выяснили, каким образом возмущение в облаках способствует суперротации атмосферы Венеры.
«Ранее для изучения атмосферы Венеры применялась модель, схожая с земной, однако она не учитывала гидравлический скачок, который нам удалось обнаружить, — отметил Имамура. В дальнейшем планируется подтвердить это открытие с помощью более сложной климатической модели, охватывающей и другие атмосферные явления. Реализация этой задачи потребует значительных вычислительных ресурсов, и даже современные суперкомпьютеры не облегчат эту задачу ».
Это первое зарегистрированное гидравлическое явление за пределами Земли, однако, по мнению ученых, оно может служить предвестником будущих открытий, когда станет возможным более глубокое исследование других планет и небесных тел.
«В некоторых ситуациях на Марсе могут складываться условия, благоприятные для возникновения гидравлического скачка », — отметил Имамура. Поскольку люди планируют пилотируемые полеты на Марс в ближайшие десятилетия, крайне важно разрабатывать точные модели условий внеземной атмосферы для обеспечения безопасности этих миссий.
Исследование в журнале Journal of Geophysical Research.