Uraganele venusiene, tot mai puternice

Tăria vânturilor cauzate de super-uraganele de pe Venus devine tot mai mare. Fiind cea mai apropiată planetă de Pământ, Venus este un obiect ceresc relativ uşor de observat. Cu toate acestea, există multe mistere în ceea ce priveşte mişcările atmosferei Luceafărului nopţii.

Nu în ultimul rând, e vorba despre cel legat de viteza de rotaţie a atmosferei planetei care, sub influenţa vânturilor de la mare altitudine, efectuează o rotaţie a planetei în doar patru zile. În prezent, imaginile norilor surprinse de sonda Venus Express şi transmise către Pământ arată că aceste vânturi neobişnuite cresc în intensitate.

Imagine în culori false a elementelor distinctive ale norilor de pe planeta Venus, aşa cum au fost observate de către Venus Monitoring Camera (VMC) aflată pe sonda spaţială Venus Express. Imaginea a fost capturată de la o distanţă de 30.000 km în data de 8 decembrie 2011. VMC a fost proiectată şi construită de un consorţiu de institute germane conduse de Max-Planck Institute for Solar System Research din Katlenburg-Lindau. Credit: ESA (European Space Agency).



Similară ca dimensiuni cu planeta Pământ, Venus are o atmosferă extrem de densă, bogată în dioxid de carbon, iar suprafaţa planetei este complet ascunsă de o pătură de nori gălbui. Dungile formate de norii din atmosfera planetei se pot observa doar în domeniul lungimilor de undă ultraviolete (şi într-o măsură mai mică în infraroşu), datorită prezenţei unui absorbant necunoscut al razelor ultraviolete în atmosfera planetei.

Prin urmărirea mişcărilor elementelor distinctive ale norilor din atmosfera planetei, cercetătorii au fost capabili să măsoare viteza vânturilor ce compun super-uraganele care se deplasează în jurul planetei la înălţimi mai mari de 70 km deasupra câmpiilor vulcanice arzătoare de la sol.

În ciuda deceniilor de observare a planetei, desfăşurate atât de la sol, cât şi din cadrul sondelor spaţiale, o serie de mistere rămân fără răspuns. Ce cauzează această incredibilă super-viteză de rotaţie a atmosferei planetei Venus, numită astfel deoarece vânturile din atmosfera superioară călătoresc de 50 de ori mai rapid decât viteza de rotaţie a planetei? Cum variază vânturile în funcţie de latitudine şi longitudine? Cât de mult se schimbă acestea în timp?

Răspunsurile la unele din aceste întrebări sunt furnizate de instrumentele de observaţie aflate la bordul staţiei Venus Express, precum Venus Monitoring Camera (VMC) care a analizat atmosfera planetei Venus timp de 10 ani venusieni, echivalent cu 6 ani tereştri.

VMC capturează simultan instantanee ale planetei Venus în lungimile de undă ultraviolet şi infraroşu apropiat. Imagistica simultană în aceste benzi de frecvenţă face posibilă detecţia şi urmărirea elementelor distinctive ale norilor, obţinându-se astfel date despre vânturile care se află la două altitudini diferite, de aproximativ 70 km şi 60 km deasupra suprafeţei planetei.

Sonda spaţială Venus Express urmează o orbită de 24 de ore care se apropie la aproximativ 250 de km deasupra polului nord al planetei, înainte de a se muta la o distanţă de 66.000 km deasupra polului sud. Această traiectorie extrem de eliptică oferă condiţii deosebit de bune de observare a întregii emisfere sudice, permiţând în acelaşi timp obţinerea de imagini de mare rezoluţie, la o scară mică, din emisfera nordică.

Prin combinarea acestor capabilităţi rezultă că imaginile oferite de VMC permit, pentru prima dată, studierea vânturilor de la nivelul norilor cu o înaltă rezoluţie spaţială şi temporală de-a lungul unei perioade de timp mai mari de o jumătate de deceniu.

Cele mai recente analize ale mişcărilor din atmosfera planetei, induse de vânturile sale şi a vitezei acestora, bazate pe datele obţinute de VMC, au fost efectuate de către două echipe independente, una condusă de un grup rus (Khatuntsev) şi cealaltă de către un grup japonez (Kouyama). Prin măsurători efectuate cu multă migală asupra modului prin care elementele distinctive ale norilor, din imaginile obţinute de VMC, se deplasează între diferitele cadre, cele două grupuri au fost capabile să descopere noi modele ale circulaţiei norilor din atmosfera planetei.

Exemple ale elementelor distinctive ale norilor identificate în imaginile obţinute de Venus Express şi utilizate pentru a monitoriza vitezele vântului. Studiile pe termen lung, bazate pe urmărirea mişcărilor a mai multor sute de mii de elemente distinctive ale norilor, indicate aici prin săgeţi şi forme ovale, dezvăluie că viteza medie a vântului pe Venus a crescut de la aproximativ 300 km/h la 400 km/h în primii şase ani de misiune a sondei de explorare. Au fost identificate, de asemenea, variaţiile zilnice şi anuale, precum şi diferenţele neexplicate dintre orbitele consecutive ale sondei spaţiale. Aceste imagini au fost obţinute în data de 27 octombrie 2008. Săgeţile şi formele ovale sunt colorate pentru a îmbunătăţi contrastul lor faţă de fundal. Credit: Copyright: Fig. 3 de la Khatuntsev, vânturile din nor obţinute de la Venus Express Monitoring Camera imaging, Icarus (2013); doi: 10.1016/j. Icarus.2013.05.018.

„Am analizat imaginile obţinute din timpul a 27 de orbite printr-o metodă manuală de urmărire a norului şi 600 de orbite cu o metodă de corelare digitală", a declarat Igor Khatuntsev de la Space Research Institute din Moscova, autorul principal al lucrării din revista Icarus. „Peste 45.000 de caracteristici distinctive au fost urmărite prin comparaţii vizuale efectuate de colegii noştri şi mai mult de 350.000 de caracteristici au fost urmărite, în mod automat, cu ajutorul unui program de calculator".

Metoda manuală de măsurare a vitezei vântului a constat în urmărirea mişcărilor celor mai contrastante elemente de identificare a norului în perechi de imagini, surprinse la momente diferite. Aceasta a permis o mai bună recunoaştere a modelelor de nor şi a fost mult mai de încredere decât metoda digitală aplicată la latitudini medii şi mari, acolo unde norii tind să formeze dungi sau unde contrastul este scăzut. Dezavantajul aplicării acestei metode îl reprezintă faptul că ea este o foarte mare consumatoare de timp.

Pe de altă parte, tehnica de urmărire digitală a fost capabilă de a prelucra imagini şi de a produce o cantitate de date de 10 ori mai mare pentru vectorii ce descriu mişcarea vânturilor. Ambele metode au fost în concordanţă la latitudini joase (sub 40 de grade), dar urmărirea digitală a fost preferată pentru studiul variaţiilor temporale ale valorilor medii pentru viteza vânturilor.

O echipă formată din cercetători din Japonia şi Suedia s-a bazat exclusiv pe propria lor metoda de urmărire automată a norilor pentru a obţine mişcarea acestora cu ajutorul imaginilor captate la latitudini cuprinse între 55° S şi 70° S. S-au utilizat formule matematice special concepute pentru a reduce erorile ce pot apărea în procesul de analiză a imaginilor. Studiul acestei echipe este publicat în Journal of Geophysical Research.



Norii venusieni aflaţi la cea mai mare altitudine, aşa cum se văd aceştia în timpul unei orbite aproape completă efectuată de sonda spaţială Venus Express a ESA în jurul planetei. În dreapta se poate vedea care este poziţia şi viteza sondei Venus Express în cursul deplasării acesteia de la distanţa cea mai îndepărtata de 66.000 km de deasupra polului sud până la o distanţă de numai 250 km deasupra polul nord. Imaginile au fost capturate de Venus Monitoring Camera în perioada 7-8 ianuarie 2012 şi sunt prezentate în culori false. Credit: ESA.


Vânturi variabile

Analizele detaliate au făcut posibilă determinarea circulaţiei atmosferice medii, variaţia acesteia pe termen lung, evoluţiile sale diurne, variaţiile de la o orbită la alta, precum şi variaţiile periodice.

La latitudini joase, viteza medie zonală (est-vest) a vântului este de aproximativ 94 m/s (338 km/h) într-o direcţie retrogradă. Atât suprafaţa planetei Venus, cât şi atmosfera acesteia se rotesc în sens retrograd, în sensul acelor de ceasornic, aşa cum se vede de la polul nord, într-o direcţie de rotaţie opusă faţă de cea existentă pe alte planete.

Viteza vânturilor zonale, situate de obicei la latitudini cuprinse între 40-50° S, ajunge la aproximativ 102 m/s (367 km/h) în curenţii atmosferici de la aceste latitudini. La latitudini de peste 50° S, viteza vânturilor zonale scade rapid. Acest lucru înseamnă că norii aflaţi la latitudini mari înconjoară planeta într-un interval de până la cinci zile, în timp ce cei aflaţi la latitudini medii înconjoară ecuatorul planetei în doar aproximativ trei zile.

Valoarea medie meridiană (de la ecuator către poli) a vitezei vântului creşte lent de la zero, la ecuator, la aproximativ 10 m/s (36 km/h) la o latitudine de 50° S. La latitudini mai mari, viteza vântului se reduce în mod constant, ajungând la zero în apropierea vortexului atmosferic situat la pol.

Evoluţia vitezei vânturilor, obţinută de VMC, evidenţiază o variabilitate semnificativă de la o orbită la alta. La latitudini joase, variaţiile vitezei medii zonale depăşesc uneori 25 m/s (90 km/h). Aceasta corespunde unui interval important de variaţie, cuprins între 3,9 zile şi 5,3 zile, a perioadei de rotaţie a atmosferei planetei. Latitudinea planetei unde viteza vânturilor variază, de asemenea, într-un mod semnificativ, este cuprinsă între 38° S până la 57° S.

Probabil cea mai importantă descoperire a constituit-o determinarea unei creşteri constante a vitezei vânturilor aflate la latitudine scăzute, de la aproximativ 300 km/h la aproape 400 km/h (80 - 110 m/s) în perioada anilor 2006-2013.

„Aceasta este o creştere enormă a vitezei de rotaţie a atmosferei, care şi aşa era ridicată", a spus Igor Khatuntsev. „O asemenea variaţie de amploare nu a mai fost observată niciodată pe Venus şi încă nu înţelegem de ce se produce".

Ambele lucrări arată, de asemenea, că viteza vântului prezintă variaţii atât pe termen scurt, cât şi pe termen lung. Acestea includ variaţii obişnuite corelate cu ora locală din zi şi altitudinea la care se află Soarele deasupra orizontului.

Alte schimbări ale vitezei vântului sunt mai greu de explicat. În unele observaţii, viteza vântului a scăzut treptat de la 100 - 110 m/s la ecuator la mai puţin de 50 m/s în regiunile polare, în timp ce în altele viteza vântului a fost aproape constantă până la 40° S, cu o creştere în jurul latitudinii de 50° S. Diferenţa de viteză înregistrată între orbitele consecutive ale sondei spaţiale ar putea fi de 30 m/s (peste 100 km/h).

Între ecuator şi latitudinea de 35°S, s-a constatat că viteza zonală a vântului oscilează la aproximativ fiecare 4,8 zile, valoare similară perioadei de rotaţie a atmosferei de la ecuator. Această periodicitate pare a fi cauzată de mişcarea atmosferei din troposfera superioară.

Există, de asemenea, unele dovezi privind variaţii lente periodice care se produc aproximativ la fiecare an venusian.

„Am găsit un vârf de evoluţie la fiecare 238 zile, dar acest lucru poate nu este real", a spus Igor Khatuntsev. „Acesta poate fi asociat cu perioadele în care VMC a fost capabil să efectueze observaţii pe partea cu zi a planetei".

„Analiza noastră a vitezelor norilor pe partea cu zi a planetei, obţinute din imaginile capturate de Venus Express, au arătat că vitezele zonale medii au variat, în mod repetat, cu mai mult de 20 m/s, într-o perioadă de aproximativ 255 de zile", a afirmat Toru Kouyama de la Information Technology Research Institute al Naţional Institute of Advanced Industrial Science and Technology din Ibaraki, Japonia.

„Aceste lucrări cresc numărul de întrebări la care trebuie să răspundem cu privire la atmosfera, aflată într-o mare viteză de rotaţie, a planetei Venus, care reprezintă unul dintre cele mai mari mistere ale Sistemului Solar", a spus Håkan Svedhem, om de ştiinţă în cadrul proiectului Venus Express al ESA.

„Sunt necesare investigaţii suplimentare privind structura spaţială a acestor variaţii ale vitezei vântului, în scopul de a explica cauza care produce aceste modele ale circulaţiei atmosferice. Între timp, sonda Venus Express continuă să ne surprindă prin observaţiile sale, în curs de desfăşurare, privind dinamica, în continuă schimbare, din atmosfera planetei".