03.04.2018 15:44
Дослідники з російського Інституту космічних досліджень Російської академії наук (ІКД РАН) спільно із зарубіжними колегами з Італії вивчили особливості динаміки нічний атмосфери Венери на висотах 90-110 кілометрів над поверхнею. Вченим вперше вдалося виявити вплив рельєфу підстильної поверхні на динамічні процеси на межі верхньої мезосфери планети. Стаття з результатами роботи опублікована в журналі «Geophysical Research Letters».
Динаміка масивної і щільної атмосфери Венери - унікальне явище в Сонячній системі. Хоча вона простіше земної, але аж ніяк не є простою, і спроби її повного моделювання поки не увінчалися успіхом.
Зараз відомо, що практично вся газова оболонка планети, від поверхні до 85-90 км, стрімко обертається уздовж паралелей зі сходу на захід. На верхній межі хмар повітряні потоки рухаються зі швидкістю близько 100 м / с (360 км / ч) і більш ніж в 50 разів обганяють обертання твердого тіла планети. Це так званий режим суперротаціі, який захоплює хмарні шари в нижній тропосфері і наступної за нею мезосфері.
Починаючи з висоти приблизно 110 км (мезопауза) атмосферні потоки починають рухатися інакше: від соняшникового точки на освітленій стороні до антісолнечной на нічній стороні. Між ними, на висотах 90-110 км, розташовується перехідний шар, динаміці якого, як передбачається, притаманні риси обох режимів.
Щоб дізнатися, що відбувається в цій галузі, дослідники - співробітники ІКД Дмитро Горін, Ігор Хатунцев, Людмила засув, Олександр ТЮРІН і їх колега Джузеппе Піччоні (Giuseppe Piccioni) з Національного інституту астрофізики Італії - звернули увагу на специфічне світіння на довжині хвилі 1,27 мікрона в інфрачервоному діапазоні, яке випускає атомарний кисень на нічному боці планети. Його поява тут пов'язано саме з атмосферними течіями. На денній стороні Венери під дією сонячного випромінювання з'являються атоми кисню, які на великій висоті «дрейфують» на нічну сторону. Там, в низхідному атмосферному потоці, вони опускаються нижче і з'єднуються в молекули кисню (рекомбинируют), цей процес супроводжується випромінюванням в інфрачервоному діапазоні.
Мал. 1. Приклади зображень нічного світіння молекулярного кисню на довжині хвилі 1,27 мікрона, отриманих приладом VIRTIS на борту КА «Венера-Експрес». Стрілками вказані деталі світіння, які підходять для розрахунку швидкостей вітру. Іл. зі статті Gorinov, DA et al., 2018
Це свічення спостерігав Картира спектрометр VIRTIS-М на борту космічного апарату «Венера-Експрес» (Європейське космічне агентство). Середню висоту, на якій народжувалося випромінювання, оцінили приблизно в 97 км над поверхнею. Крім цього, вже тоді вчені помітили, що світіння розподіляється по нічній стороні Венери нерівномірно, а значить, цікаво вивчити закономірності цього розподілу, швидкості переміщення окремих деталей «візерунка».
Це і було зроблено в новій роботі. Дмитро Горін і його колеги простежили за рухом окремих яскравих деталей на зображеннях венеріанського диска і таким чином отримали уявлення про напрямок і швидкість вітру на висотах приблизно 97 км. Використовувалися дані спостережень з липня 2006 по вересень 2008 року.
Картина, яка відкрилася на отриманих картах, виявилася досить складною і несиметричною відносно півночі. Це означає, що циркуляція з боку ранкового термінатора відрізняється від вечірнього. За даними спектрометра VIRTIS-М, на «ранкової» стороні атмосферні маси на цій висоті рухаються переважно у напрямку до полюса і до опівнічної точці (на схід). На «вечірньої» стороні - також до опівнічної точці (на захід), але до екватора. Ці потоки зустрічаються, але не у лінії півночі, а трохи раніше, приблизно на лінії 22 годин, де і розходяться до полюса і до екватора.
Але ще більш цікавий і важливий результат роботи - знайти докази того, що на циркуляцію атмосфери на такій висоті (майже 100 км) впливає рельєф підстильної поверхні. На окремих зображеннях видно, що потоки як би «обтікають» невидимі перешкоди, які розташовуються над топографічними височинами поверхні планети.
Мал. 2. Приклад відповідності морфології світіння кисню на висоті 90-110 км і рельєфу підстильної поверхні (дані КА «Магеллан» (НАСА)). Кольором показана висота в кілометрах. Лініями показані області різної інтенсивності світіння молекулярного кисню за даними спектрометра VIRTIS. Після візуального зміщення контурів світіння на північний схід проти виміряної швидкості вітру (показана стрілками) спостерігається збіг з характерною формою області Феби. Іл. зі статті Gorinov, DA et al., 2018
І хоча даних «Венери-Експрес» недостатньо, щоб впевнено говорити про зв'язок між рельєфом і атмосферними течіями на висоті близько 100 км, дослідники спробували детально вивчити руху деяких яскравих областей, припустивши, що вони пов'язані з високогір'я, зокрема, з областю Феби ( Phoebe Regio). Якщо це припущення вірне, то можна говорити, що яскраві області служать свого роду «покажчиком» височин, з урахуванням можливих зсувів.
Механізмом, який лежить в основі цієї кореляції, можуть служити стаціонарні внутрішні гравітаційні хвилі (ВГВ), які виникають при обтіканні вітром гір і інших височин.
Отже, течії в перехідному шарі атмосфери організовані складніше, ніж передбачалося раніше. Як підкреслює Дмитро Горін, динаміка потоків на цій висоті виявилася не пов'язаної, по крайней мере, безпосередньо, ні з суперротаціей, відповідальної за циркуляцію нижчих шарів, ні з динамікою вищих шарів атмосфери. Подальше спостереження за областями світіння кисню може прояснити її особливості, а моделювання - зрозуміти механізми і інтерпретувати результати спостережень.
***
Автоматична міжпланетна станція «Венера-Експрес» (Європейське космічне агентство) була запущена 9 листопада 2005 року з космодрому БАЙКОНУР за допомогою ракети-носія «Союз» з розгінним блоком «Фрегат». Апарат вийшов на першу витягнуту орбіту навколо Венери 11 квітня 2006 р лютому 2015 р апарат увійшов в атмосферу Венери, але обробка його даних триває.
Фахівці ІКД РАН брали участь в розробці, виготовленні та випробуваннях двох наукових приладів орбітального апарату: універсального спектрометра, спектрометра високого спектрального дозволу SPICAV / SOIR і планетного Фур'є-спектрометра PFS. В експериментах VIRTIS, VMC, ASPERA російські вчені брали участь як соісследователі.
