Die Atmosphäre der Venus ist ebenso mysteriös wie dicht und sengend. Seit Generationen versuchen Wissenschaftler, es mit bodengestützten Teleskopen, Orbitalmissionen und gelegentlichen atmosphärischen Sonden zu untersuchen. Und 2006 die ESA Venus Express Mission war die erste Sonde, die Langzeitbeobachtungen der Atmosphäre des Planeten durchführte, die viel über seine Dynamik enthüllten.
Mit diesen Daten führte kürzlich ein Team internationaler Wissenschaftler - angeführt von Forschern der Japan Aerospace and Exploration Agency (JAXA) - eine Studie durch, in der die Wind- und oberen Wolkenmuster auf der Nachtseite der Venus charakterisiert wurden. Diese Studie war nicht nur die erste ihrer Art, sondern zeigte auch, dass sich die Atmosphäre auf der Nachtseite anders verhält, was unerwartet war.
Die Studie mit dem Titel „Stationäre Wellen und sich langsam bewegende Merkmale in den oberen oberen Wolken der Venus“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Naturastronomie. Unter der Leitung von Javier Peralta, dem International Top Young Fellow von JAXA, konsultierte das Team die von Venus Express Reihe wissenschaftlicher Instrumente, um die bisher nicht sichtbaren Wolkentypen, Morphologien und Dynamiken des Planeten zu untersuchen.
Während zahlreiche Studien über die Atmosphäre der Venus von Grund auf durchgeführt wurden, war dies das erste Mal, dass sich eine Studie nicht auf die Tage des Planeten konzentrierte. Wie Dr. Peralta in einer Pressemitteilung der ESA erklärte:
“Dies ist das erste Mal, dass wir weltweit charakterisieren können, wie die Atmosphäre auf der Nachtseite der Venus zirkuliert. Während die atmosphärische Zirkulation am Tag des Planeten ausgiebig erforscht wurde, gab es auf der Nachtseite noch viel zu entdecken. Wir fanden heraus, dass sich die Wolkenmuster dort von denen am Tag unterscheiden und von der Topographie der Venus beeinflusst werden.“
Seit den 1960er Jahren wissen Astronomen, dass sich die Atmosphäre der Venus ganz anders verhält als die anderer terrestrischer Planeten. Während Erde und Mars Atmosphären haben, die sich ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Planet gemeinsam drehen, kann die Atmosphäre der Venus Geschwindigkeiten von mehr als 360 km / h erreichen. Während der Planet 243 Tage braucht, um sich einmal um seine Achse zu drehen, dauert die Atmosphäre nur 4 Tage.
Dieses Phänomen, das als „Superrotation“ bekannt ist, bedeutet im Wesentlichen, dass sich die Atmosphäre mehr als 60 Mal schneller bewegt als der Planet selbst. Darüber hinaus haben Messungen in der Vergangenheit gezeigt, dass sich die schnellsten Wolken auf der oberen Wolkenebene befinden, 65 bis 72 km (40 bis 45 Meilen) über der Oberfläche. Trotz jahrzehntelanger Studien konnten atmosphärische Modelle keine Superrotation reproduzieren, was darauf hinweist, dass einige der Mechaniken unbekannt waren.
Peralta und sein internationales Team, zu dem Forscher der Universidad del País Vasco in Spanien, der Universität Tokio, der Kyoto Sangyo-Universität, des Zentrums für Astronomie und Astrophysik (ZAA) der Technischen Universität Berlin und des Instituts für Astrophysik gehörten und Weltraumplanetologie in Rom - entschied sich, auf die unerforschte Seite zu schauen, um zu sehen, was sie finden konnten. Wie er es beschrieb:
„Wir haben uns auf die Nachtseite konzentriert, weil sie schlecht erforscht wurde. Wir können die oberen Wolken auf der Nachtseite des Planeten über ihre Wärmeabgabe sehen, aber es war schwierig, sie richtig zu beobachten, da der Kontrast in unseren Infrarotbildern zu gering war, um genügend Details aufzunehmen. "
Dies bestand darin, die Nachtseitenwolken der Venus mit dem sichtbaren und infraroten Wärmebildspektrometer (VIRTIS) der Sonde zu beobachten. Das Instrument sammelte Hunderte von Bildern gleichzeitig und mit verschiedenen Wellenlängen, die das Team dann kombinierte, um die Sichtbarkeit der Wolken zu verbessern. Dies ermöglichte es dem Team, sie zum ersten Mal richtig zu sehen und enthüllte auch einige unerwartete Dinge über die nächtliche Atmosphäre der Venus.
Was sie sahen, war, dass die atmosphärische Rotation auf der Nachtseite chaotischer zu sein schien als in der Vergangenheit am Tag. Die oberen Wolken bildeten auch unterschiedliche Formen und Morphologien - d. H. Große, wellenförmige, fleckige, unregelmäßige und filamentartige Muster - und wurden von stationären Wellen dominiert, bei denen sich zwei Wellen, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, gegenseitig aufheben und ein statisches Wettermuster erzeugen.
Die 3D-Eigenschaften dieser stationären Wellen wurden auch durch Kombination von VIRTIS-Daten mit radiowissenschaftlichen Daten aus dem Venus Radio Science-Experiment (VeRa) erhalten. Natürlich war das Team überrascht, diese Art von atmosphärischem Verhalten zu finden, da sie nicht mit dem übereinstimmten, was routinemäßig am Tag beobachtet wurde. Darüber hinaus widersprechen sie den besten Modellen zur Erklärung der Dynamik der Venusatmosphäre.
Diese als Global Circulation Models (GCMs) bekannten Modelle sagen voraus, dass auf der Venus die Superrotation sowohl auf der Tag- als auch auf der Nachtseite auf die gleiche Weise auftreten würde. Außerdem stellten sie fest, dass stationäre Wellen auf der Nachtseite mit Höhenmerkmalen zusammenzufallen schienen. Wie Agustin Sánchez-Lavega, ein Forscher der Universität del País Vasco und Mitautor des Papiers, erklärte:
“Stationäre Wellen sind wahrscheinlich das, was wir Gravitationswellen nennen würden - mit anderen Worten, aufsteigende Wellen, die tiefer in der Venusatmosphäre erzeugt werden und sich scheinbar nicht mit der Rotation des Planeten bewegen. Diese Wellen konzentrieren sich auf steile, bergige Gebiete der Venus; Dies deutet darauf hin, dass die Topographie des Planeten Einfluss darauf hat, was weit oben in den Wolken passiert.“
Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler einen möglichen Zusammenhang zwischen der Topographie der Venus und ihrer atmosphärischen Bewegung entdecken. Letztes Jahr erstellte ein Team europäischer Astronomen eine Studie, die zeigte, wie Wettermuster und aufsteigende Wellen am Tag direkt mit topografischen Merkmalen verbunden zu sein schienen. Diese Ergebnisse basierten auf UV-Bildern, die von der Venus Monitoring Camera (VMC) an Bord der aufgenommen wurden Venus Express.
Etwas Ähnliches auf der Nachtseite zu finden, war eine Überraschung, bis sie merkten, dass sie nicht die einzigen waren, die sie entdeckten. Wie Peralta anzeigte:
“Es war ein aufregender Moment, als wir feststellten, dass einige der Cloud-Funktionen in den VIRTIS-Bildern nicht mit der Atmosphäre mithalten konnten. Wir hatten eine lange Debatte darüber, ob die Ergebnisse real waren - bis wir feststellten, dass ein anderes Team unter der Leitung von Co-Autor Dr. Kouyama mithilfe der Infrarot-Teleskop-Einrichtung (IRTF) der NASA in Hawaii unabhängig voneinander stationäre Wolken auf der Nachtseite entdeckt hatte! Unsere Ergebnisse wurden bestätigt, als JAXAs Akatsuki-Raumschiff in die Umlaufbahn um die Venus eingeführt wurde und sofort die größte stationäre Welle entdeckte, die jemals im Sonnensystem am Tag der Venus beobachtet wurde.“
Diese Ergebnisse stellen auch bestehende Modelle stationärer Wellen in Frage, die sich voraussichtlich aus der Wechselwirkung von Oberflächenwind und Oberflächenmerkmalen in großer Höhe bilden. Bisherige Messungen aus der Sowjetzeit Venera Lander haben darauf hingewiesen, dass die Oberflächenwinde möglicherweise zu schwach sind, als dass dies auf der Venus geschehen könnte. Darüber hinaus ist die südliche Hemisphäre, die das Team für ihre Studie beobachtet hat, recht niedrig.
Und wie Ricardo Hueso von der Universität des Baskenlandes (und ein Mitautor des Papiers) angedeutet hat, haben sie keine entsprechenden stationären Wellen in den unteren Wolkenebenen entdeckt. "Wir haben erwartet, diese Wellen in den unteren Ebenen zu finden, weil wir sie in den oberen Ebenen sehen, und wir dachten, dass sie von der Oberfläche durch die Wolke aufsteigen", sagte er. "Es ist mit Sicherheit ein unerwartetes Ergebnis, und wir müssen alle unsere Venus-Modelle überdenken, um ihre Bedeutung zu untersuchen."
Aus diesen Informationen geht hervor, dass Topographie und Höhe in Bezug auf das atmosphärische Verhalten der Venus miteinander verbunden sind, jedoch nicht konsistent. Die stehenden Wellen, die auf der Nachtseite der Venus beobachtet werden, können das Ergebnis eines anderen unentdeckten Mechanismus bei der Arbeit sein. Leider scheint die Atmosphäre der Venus - insbesondere der Schlüsselaspekt der Superrotation - noch einige Rätsel für uns zu haben.
Die Studie zeigte auch, wie effektiv es ist, Daten aus mehreren Quellen zu kombinieren, um ein detaillierteres Bild der Dynamik eines Planeten zu erhalten. Mit weiteren Verbesserungen bei der Instrumentierung und dem Datenaustausch (und vielleicht ein oder zwei weiteren Missionen an der Oberfläche) können wir erwarten, dass wir in Kürze ein klareres Bild davon bekommen, was die atmosphärische Dynamik der Venus antreibt.
Mit etwas Glück kann es noch einen Tag geben, an dem wir die Atmosphäre der Venus modellieren und ihre Wettermuster genauso genau vorhersagen können wie die der Erde.
