Рельеф поверхности Венеры отражается в рисунке облаков

22 Июл 2016

Используя данные, полученные европейским КА «Венера-Экспресс», ученые впервые показали, что особенности облачного слоя на Венере непосредственно связаны с рельефом нижележащей поверхности. Вместо того, чтобы служить преградой для наблюдений, облака Венеры подсказывают, что лежит под ними.

Венера — крайне недружелюбное место. Температура ее поверхности достигает 450°С, атмосферное давление – 93 атм., кроме того, даже днем там сумрачно из-за протяженного и плотного покрывала облаков, постоянно окутывающих планету. Скорость ветра на низких высотах мала и редко превышает 1 м/с. 

Однако глядя на сестру Земли из космоса, мы наблюдаем совсем другую картину. Перед нами предстает гладкий диск, полностью затянутый яркими белыми облаками. Толщина слоя облаков достигает 20 км, они располагаются на высотах от ~50 до ~70 км, причем температура верхнего слоя близка к -70°С, что близко к температуре верхушек облаков на Земле. Скорость ветров на уровне верхушек облаков в сотни раз превышает скорость ветра у поверхности: атмосфера Венеры делает один оборот вокруг планеты за 4 земных суток, что гораздо быстрее ее вращения вокруг своей оси. Это явление назвали суперротацией.

На первый взгляд облака полностью закрывают от нас поверхность Венеры. Чтобы проникнуть взглядом сквозь их покрывало, необходим радар, в крайнем случае можно вести наблюдения в узких окнах прозрачности, расположенных в инфракрасном диапазоне. Однако шестилетние наблюдения (с 2006 по 2012 годы) КА «Венера-Экспресс» показали, что рисунок верхушек облаков испытывает влияние рельефа нижележащей поверхности. Три параметра верхнего слоя облаков — скорость ветра, содержание водяного пара и альбедо в ультрафиолетовом диапазоне — в той или иной степени отражают свойства поверхности Венеры.

Хотя по земным стандартам атмосфера Венеры очень суха, в ней все-таки содержится немного водяного пара. Жан-Лу Берто (Jean-Loup Bertaux) с коллегами, в числе которых сотрудники Института космических исследований РАН Игорь Хатунцев, Марина Пацаева, Анна Фёдорова, Александр Тюрин, изучали линии водяного пара в спектрах верхнего слоя облаков и определяли его содержание от места к месту на высоте 70 км. Они обнаружили область недалеко от экватора с повышенным содержанием водяного пара. Область располагалась над 4.5-километровым горным массивом, названным Земля Афродиты (Aphrodite Terra). Пятно, названное «фонтан Афродиты», возникало в результате поднятия более богатых водой слоев атмосферы вверх с уровня, соответствующего нижнему слою облаков. Пятно, богатое водяным паром, располагается в экваториальном потоке атмосферных газов, текущих над Венерой с востока на запад, однако не перемещается вместе с ним, а остается «привязанным» к горному массиву. 

Этого мало. Скорость ветров над землей Афродиты оказалась на 18% ниже, чем в окрестностях «фонтана», кроме того, альбедо в ультрафиолетовом диапазоне области ниже по течению также оказалось пониженным. Все три фактора вызваны одним и тем же механизмом, утверждает Берто.

Когда ветры дуют над горными массивами, они вызывают атмосферное явление, называемое «гравитационными волнами». Эти гравитационные волны не имеют никакого отношения к ряби в пространстве-времени, они часто наблюдаются над горными массивами на Земле. Эти волны распространяются вверх, в область более низких давлений, при этом все наращивая и наращивая свою амплитуду, и «опрокидываются» чуть ниже верхушек облаков, как опрокидываются волны на морском берегу. Опрокидываясь, они приводят к движению воздуха в сторону, противоположному экваториальному течению, что в сумме дает уменьшение скорости ветра над землей Афродиты. 

Однако ниже по течению воздушные массы вновь ускоряются, «догоняя» общий поток. Такое движение атмосферных газов действует как воздушный насос. Циркуляция воздуха приводит к поднятию воздушных масс (вертикальному ветру), а те, в свою очередь, приносят с собой водяной пар и «ультрафиолетовый поглотитель» — вещество, темное в УФ-диапазоне.

Ученые и раньше подозревали о наличии восходящих воздушных потоков над экватором, вызванных высоким уровнем солнечного излучения. Однако новое исследование наглядно показывает важную роль отдельных горных массивов, способствующих вертикальной циркуляции воздуха и выносу в верхние слои водяного пара и загадочного «ультрафиолетового поглотителя», природа которого уже более полувека остается неизвестной.

Гравитационные волны на Венере © ESA

Гравитационные волны на Венере © ESA

- Владислава Ананьева, новости портала  "Солнечная система" секции Совета РАН по космосу

Дополнительная информация: 
  1. Bertaux, J.-L., I. V. Khatuntsev, A. Hauchecorne, W. J. Markiewicz, E. Marcq, S. Lebonnois, M. Patsaeva, A. Turin, and A. Fedorova (2016), Influence of Venus topography on the zonal wind and UV albedo at cloud top level: The role of stationary gravity waves, J. Geophys. Res. Planets, 121, 1087–1101, doi:10.1002/2015JE004958
  2. What Lies Beneath: Venus' Surface Revealed Through the Clouds Пресс-релиз Европейского космического агентства
  3. "Солнечная система". Секция Совета РАН по космосу