В атмосфере Венеры обнаружены гигантские концентрические кольца

Фото из открытых источников

То, что астрономы мельком увидели во время краткого наблюдения Венеры в 2010 году, не должно было там находиться. В ходе случайного 36-минутного наблюдения в исключительно ясный вечер экспериментальный прибор зафиксировал в атмосфере планеты нечто, ранее никогда не наблюдавшееся.

Огромные концентрические кольца опоясывали большую часть дневной стороны планеты, будучи совершенно невидимыми, за исключением случаев наблюдения в поляризованном свете – словно Венера звенела, как колокол.

В течение следующих нескольких лет исследователи пытались опровергнуть это наблюдение… но сигнал сохранялся при каждом проведенном тестировании.

Теперь они опубликовали свои выводы в надежде, что другие исследователи также начнут искать ответы. Результаты исследования опубликованы в журнале The Planetary Science Journal.

«Очень неприятно, когда потенциально уникальные наблюдения не могут быть подтверждены», — сказал физик-атмосферолог Гоурав Махапатра из Делфтского университета в Нидерландах. «В конце концов мы пришли к выводу, что правильный научный подход заключается не в том, чтобы ждать, пока мы каким-то образом сможем доказать интерпретацию на основе набора данных, который невозможно воспроизвести. Правильнее было опубликовать именно то, что у нас было, очень четко объяснить ограничения, продемонстрировать физическую правдоподобность атмосферной интерпретации и позволить более широкому научному сообществу проверить её».

Эти странные наблюдения были сделаны с помощью экспериментального прибора под названием Экстремальный поляриметр (ExPo), разработанного экспериментальным астрофизиком Михилем Роденхейсом во время его работы над докторской диссертацией в Астрономическом институте Утрехта и установленного на телескопе Уильяма Гершеля на Канарских островах.

В отличие от обычной камеры, ExPo записывал линейно поляризованный свет, подавляя при этом обычный, неполяризованный свет. Поскольку свет становится линейно поляризованным при рассеянии в газе и пыли, прибор мог выявлять едва заметные атмосферные особенности, которые в противном случае остались бы скрытыми.

Однажды ночью в 2010 году, ожидая, пока небо достаточно потемнеет для запланированных наблюдений, Роденхейс заметил Венеру, ярко сияющую в сумерках. После короткого обсуждения с коллегой Дафной Стам из Лейденской обсерватории Роденхейс направил инструмент на планету и собрал 36 драгоценных минут наблюдений.

Лишь спустя несколько месяцев — уже после того, как прибор был разобран, а его компоненты использованы для других целей, — исследователи обнаружили нечто подозрительное в данных о Венере.

«Первоначально предполагалось, что это результат инструментального эффекта, особенно потому, что кольца, кажется, концентричны вокруг самой яркой области на планете: это могло быть следствием процесса оцифровки в детекторе или каким-то образом размытия сигнала», — пояснил Махапатра.

Исследователи предприняли первую попытку осмыслить сигнал. Хотя им не удалось объяснить его как инструментальный артефакт, они все же посчитали, что имеющихся данных слишком мало для надежной физической интерпретации.

К тому времени, когда Махапатра поступил в аспирантуру в 2017 году, изменилось две вещи. Стам сформулировал рабочую гипотезу о том, что представляют собой кольца; а японский зонд «Акацуки», исследующий Венеру, обнаружил волну от полюса до полюса в атмосфере Венеры, показав, что планета способна создавать атмосферные волны планетарного масштаба.

Махапатра решил проверить эту идею с помощью компьютерного моделирования, задавшись вопросом, могут ли незначительные изменения плотности верхних слоев атмосферы Венеры, вызванные атмосферными гравитационными волнами, породить таинственный сигнал.

И он попал в цель.

Как выяснила группа исследователей, реальные колебания плотности на 5–10 процентов действительно могут создавать поляризационные кольца, подобные тем, которые наблюдались в ходе наблюдений 2010 года.

Поскольку результат основан исключительно на наблюдении, которое еще не было воспроизведено, утверждать, что кольца действительно существуют, еще слишком рано, но, если они существуют, они открывают новое окно в Венеру.

«Если это подтвердится, я думаю, самым важным результатом станет доказательство того, что крупномасштабная волновая активность может создавать когерентные структуры плотности в огромных областях верхней атмосферы Венеры», — сказал Махапатра. «Это захватывающе, потому что эти волны переносят энергию по всей планете. Такие процессы в конечном итоге могут оказаться важными для понимания одной из давних загадок Венеры: сверхвращения атмосферы, при котором облака циркулируют вокруг планеты гораздо быстрее, чем вращается твердая планета!»

Атмосферные волны — это ничего необычного. Подобно ряби, распространяющейся по пруду, возмущения могут перемещаться через атмосферу планеты, сжимая и расширяя газ по мере своего распространения.

На Земле иногда можно наблюдать эффект гравитационных волн в облаках.

На Венере они могут простираться на тысячи километров, перенося энергию и импульс между различными слоями атмосферы.

Ученые предполагают, что они играют важную роль в поддержании необычного супервращения планеты, при котором ураганные ветры обвивают всю планету всего за четыре земных дня, хотя самой Венере требуется 243 земных дня для совершения одного оборота.

Кольца, описанные Махапатрой и его коллегами, представляют собой не сами волны, а поляризационный след, оставленный небольшими изменениями плотности, возникающими по мере распространения волн в плотной атмосфере Венеры.

«Мы рассматриваем наши наблюдения не как свидетельство существования совершенно неизвестного вида атмосферной физики, а как потенциальный новый способ изучения динамики атмосферы, для которой у нас уже есть интригующие доказательства, полученные в результате измерений с космических аппаратов», — сказал Махапатра. «Действительно, хотя атмосфера Венеры сильно отличается от земной — она гораздо плотнее, горячее, имеет другой состав и состоит из облаков, содержащих серную кислоту, — лучшее понимание Венеры также помогает лучше понять Землю, поскольку лежащие в её основе физические процессы одинаковы. Венера помогает проверить и улучшить наши фундаментальные знания об атмосферах, включая земную».

Точная причина возникновения этих волн остается неясной. Судя по моделированию, проведенному командой, они появляются примерно после местного полудня, что позволяет предположить их связь с реакцией атмосферы Венеры на солнечное излучение, когда энергия переносится через плотные облачные слои.

Однако это, возможно, станет предметом дальнейшего анализа. А пока основное внимание уделяется выяснению того, был ли сигнал реальным.

Хотя выставка ExPo давно завершилась, она показала, что подобные наблюдения возможны с использованием современных технологий. Следующий шаг — просто направить поляриметры нового поколения на Венеру.

«С помощью телескопа на Земле эти кольца в принципе можно наблюдать: с 2010 года на телескопах были установлены новые поляриметры, в том числе и инструменты, о существовании которых мы можем и не знать, поскольку они экспериментальные, как, например, ExPo», — сказал Махапатра. «Мы надеемся, что наша статья вдохновит других на наблюдение за Венерой, а также на поиск и обнаружение этих колец в ходе новых наблюдений!»