Ученые выяснили, от чего зависит погода на Венере

Условия на поверхности Венеры десятилетиями оставались загадкой. Карл Саган, как известно, отмечал, что люди быстро делали выводы, например, о том, что там живут динозавры, основываясь на скудных данных, собранных на планете. Но то, что у нас мало фактических данных, не означает, что мы не можем делать выводы, а ещё лучше – строить модели, на основе имеющихся. В новой статье Максенса Лефевра из Сорбонны и его коллег используются те скудные данные, которые были собраны с поверхности Венеры, для проверки модели условий ветра и пыли там внизу – всё это ради того, чтобы облегчить работу следующего этапа исследования Венеры.

В статье, доступной в виде препринта на сайте arXiv, рассматриваются два основных показателя: колебания температуры и перенос пыли. Важно отметить, что в ней по-разному моделируются разные части планеты, что является первым подобным исследованием, но это абсолютно необходимо для выделения некоторых факторов, являющихся движущими силами этих двух условий. Однако ключевая сила, определяющая как температуру, так и перенос пыли, на Венере и на Земле одна и та же — ветер.

Измерения, выполненные аппаратом «Венера», одним из немногих аппаратов, когда-либо успешно совершивших посадку на поверхность Венеры, показали, что скорость ветра в нижних слоях атмосферы составляла всего 1 м/с. По сравнению с 20 м/с на Земле или даже 40 м/с на Марсе, это может показаться не таким уж большим показателем. Но атмосфера Венеры плотнее нашей и марсианской, поэтому для разгона до скоростей, эквивалентных скоростям её планет-близнецов, потребовалось бы гораздо больше энергии. Тем не менее, она всё равно оказывает существенное влияние как на температуру поверхности, так и на количество пыли в воздухе.

День на Венере длится 117 земных дней, а ночь – столько же. Это вызывает масштабные изменения в атмосфере, поскольку планета постепенно нагревается солнечным излучением днём и постепенно охлаждается собственным инфракрасным излучением ночью. Однако, согласно статье, эти изменения различаются в разных регионах планеты, особенно в высокогорьях (т.е. горных районах) и низинах (т.е. равнинах), а также между тропиками и полюсами.

В тропиках наблюдается очень чёткий «суточный сдвиг», то есть ветры дуют по совершенно разным схемам в зависимости от того, день это или ночь в их регионе. В полдень ветры дуют вверх по склону (на техническом жаргоне это называется «анабатический»), поскольку нагреваемая земля под ними поднимается. Однако ночью этот процесс меняется на противоположный, поскольку инфракрасное охлаждение поверхностей приводит к охлаждению воздуха, что приводит к появлению нисходящих ветров, известных как «катабатический».

Эти процессы напрямую влияют на температуру поверхности, поскольку катабатические ветры вызывают сжатие воздуха, движущегося вниз по склону, тем самым нагревая его и противодействуя инфракрасному охлаждению поверхности в процессе, называемом адиабатическим потеплением. По сути, ветры в горах поддерживают постоянную температуру с перепадом менее 1 градуса Кельвина между ночным и дневным циклами. Сравните это с перепадом около 4 градусов Кельвина в «низменностях», где такого охлаждающего эффекта не наблюдается.

Ближе к полюсам эта динамика меняется: ветры постоянно находятся в катабатическом режиме, что, в свою очередь, компенсирует постоянное ИК-охлаждение планеты на этих широтах. Учитывая, что будущие миссии, такие как Envision и Veritas, будут следить за полюсами, полезно иметь представление об этих процессах до их прибытия.

Другой зонд, DaVINCI, в настоящее время планирует впервые за десятилетия приземлиться на поверхность Венеры. Планируемая посадка пройдёт в регионе под названием Альфа-Реджио, высокогорном плато недалеко от экватора, которое будет подвержено более умеренным колебаниям температуры, чем некоторые из окружающих низменных районов. Но будут ли зонды DaVINCI сдувать летающей пылью? Вполне возможно — по расчётам исследователя, 45% суши в Альфа-Реджио имеет силу ветра, достаточную для поднятия «мелкого песка» размером 75 мкм. Это поставило бы запланированную зону посадки DaVINCI прямо на путь текущего шторма из мелких частиц, который может немного меняться в зависимости от времени суток.

Вся эта работа была обусловлена новым «региональным» моделированием планеты, которое разбило эти отдельные области на вычисляемые модели погоды, вместо того, чтобы пытаться моделировать всю поверхность как один единый блок. Но это не значит, что эту работу нельзя улучшить - авторы упоминают добавление различных тепловых характеристик к разным частям поверхности на основе их альбедо и тепловой инерции или учет значения теплового поглощения CO2, который преобладает в атмосфере Венеры, при разных температурах. Но у авторов статьи и других исследователей, изучающих атмосферу Венеры, еще есть некоторое время, прежде чем новая партия зондов прибудет на вторую планету - по крайней мере, когда они это сделают, у них будет лучшее представление о том, что может быть причиной некоторых из обнаруженных ими особенностей.