среда, 19 июня 2013 г.

Земля и Вселенная. Часть 21. Скорость ветра на Венере достигла небывалого максимума


    Атмосфера Венеры значительно ускорилась всего за шесть лет

    «Зонд «Венера-Экспресс» подкинул астрономам новых загадок. Почему атмосфера Венеры не просто вращается с бешеной скоростью, но и ускоряется буквально на глазах ученых, автор нового открытия рассказал «Газете.Ru».
    Многолетнее наблюдение за Венерой, ведущееся с борта космического аппарата, вместо того чтобы приоткрыть тайны раскаленной соседки Земли, еще добавило планетологам головной боли.

ВенераФотография: Magellan Project/JPL/NASA
    Одной из главных загадок Венеры со времен полетов к ней советских и американских исследовательских зондов (а первый аппарат к ней был отправлен еще до полета Гагарина) остается динамика ее плотной атмосферы, а конкретно – так называемый феномен суперротации.
    Благодаря нескольким удачным космическим миссиям астрономам было давно известно, что атмосфера планеты, состоящая в основном из углекислого газа, вращается с бешеной скоростью, совершая полный оборот вокруг нее в 50 раз быстрее самой Венеры.
    Кроме того, Венера вместе со своей атмосферой отличается так называемым ретроградным движением - вращением вокруг своей оси в сторону, противоположную направлению вращения других планет.
    Пролить свет на причину этих и ряда других особенностей Венеры ученые надеялись, отправив к ней аппарат «Венера-Экспресс», который с 2006 года вращается вокруг планеты по вытянутой полярной орбите. Чтобы понять причины столь быстрых ветров и выявить зависимость скорости этих ветров от высоты и широты, космический зонд делает непрерывные снимки атмосферы в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне.
    В ходе движения по орбите аппарат снижается до высоты примерно 250 километров над северным полюсом и удаляется на 66 тыс. километров над южным. Такая высокоэллиптичная орбита позволяет получать общую картину атмосферы в южном и следить за перемещениями отдельных облаков в северном полушарии. Поскольку снимки многоканальной фотокамеры Venus Monitoring Camera (VMC) имеют большое разрешение и на них видны структуры облачного покрова, ученые решили следить за движениями отдельных облаков, чтобы оценить скорости ветров на разных широтах.
    Для этого необходимо лишь сравнивать положения отдельных особенностей облачного покрова на соседних снимках.
    Исследовать огромный объем данных за 2006–2012 годы (10 венерианских лет) смогла команда ученых под руководством старшего научного сотрудника Института космических исследований РАН Игоря Хатунцева. В течение нескольких лет ученым пришлось обработать 45 тыс. снимков вручную, еще более 350 тыс. фотографий подвергли компьютерной обработке. По словам ученых, ручной метод очень трудоемкий, хотя он и позволяет оценивать скорость облаков на средних и высоких широтах, где контрастность облаков низкая. Аппаратный же метод позволяет автоматизировать процесс и в 10 раз ускорить определение векторов ветров в разных точках планеты.
    «Мы использовали оба подхода. Автоматизацией процесса пришлось заняться, когда стало ясно, что вручную такой огромный массив данных не обработать. Визуальные оценки скорости являются первичными в случае с Венерой из-за сложной морфологии облачного покрова. Из-за проблем, связанных со старением приемника излучения и возрастания уровня шумов, мы вынуждены периодически повторять калибровку, рассказал «Газете.Ru» Игорь Хатунцев. - Визуальный метод хорош своей простотой и эффективностью в части распознавания деталей облачного покрова. Однако этот метод является достаточно трудоемким и не лишен субъективности. Этих недостатков лишен автоматизированный процесс, но нужно учитывать проблемы, о которых говорилось ранее. Кроме того, на широтах выше 35 градусов из-за сложной морфологии облачности автоматический метод позволяет получить только грубые оценки скорости».
    Самым неожиданным открытием стало то, что с момента начала наблюдений скорость вращения облаков заметно увеличилась.
    Если в 2006 году скорость зональных ветров (дующих с востока на запад) на низких широтах составляла 85 м/с, то спустя шесть лет она увеличилась почти на треть – до 119 м/с.
    «Пока недостаточно информации о состоянии атмосферы на дневной стороне Венеры, чтобы сделать однозначный вывод о природе долговременного тренда. Он может быть обусловлен как проявлением солнечной активности, так и внутренними процессами на поверхности и в атмосфере Венеры (вулканизм, волновые процессы в атмосфере). Это огромное увеличение скорости на фоне и так бешено вращающейся атмосферы. Такие заметные изменения никогда ранее не наблюдались на Венере, и мы до сих пор не понимаем, почему так происходит», - рассказал автор открытия, опубликованного в журнале Icarus..
    К таким же результатам пришла группа японских ученых, которая в анализах снимков полагалась только на компьютерную обработку. «Наш анализ движения облаков на низких широтах южного полушария показал, что скорость ветров увеличилась на 70 км/ч за 255 дней, - чуть дольше, чем венерианский год», - пояснил японский исследователь Тору Коуяма из Исследовательского института информационных технологий в Ибираки.
    Ученые выяснили, что скорость зональных ветров растет с повышением широты и достигает максимума в 102 м/с (367 км/ч) на 40-50-й параллелях, а с дальнейшим ростом широты падает.
    Это свидетельствует о том, что в экваториальных широтах атмосфера делает полный оборот вокруг планеты за пять дней, а в средних широтах всего за трое суток!
    Российские и японские ученые, которые вели параллельную обработку, заметили и другие интересные особенности. Оказалось, что скорости ветров имеют регулярные колебания, связанные с определенными часами венерианских суток и высотой солнца над горизонтом. А между экватором и 35-й параллелью в скорости зональных ветров был выделен временной период 4,8 суток, примерно равный периоду суперротации атмосферы над экватором. По словам ученых, эта периодичность может быть связана с существованием особых волн в верхних слоях атмосферы.
    «Эти работы только прибавили вопросов, ответы на которые предстоит найти, касательно суперротации атмосферы Венеры – одной из самых странных загадок Солнечной системы», - считает Хокан Сведхем, участник проекта «Венера-Экспресс» от Европейского космического агентства». (19.06.2013, 09:46). http://www.gazeta.ru/science/2013/06/18_a_5385601.shtml
    Ветра на Венере дуют все быстрее

    «Мощные ураганы на Венере дуют все быстрее, и пока ученые не понимают почему.
    Венера находится недалеко от Земли и ее, вроде бы, легко изучить с помощью современных мощных астрономических инструментов. Но Венера, схожая по размерам с Землей, имеет очень плотную богатую углекислым газом атмосферу, а ее поверхность всегда скрыта под плотными желтыми облаками. Только в ультрафиолетовом и в меньшей степени в инфракрасном диапазонах можно выделить хоть какие-то особенности венерианской атмосферы. Но и эти пятна и полосы видны только благодаря опять же неизвестному поглотителю УФ-излучения.
    Атмосфера Венеры вращается, и мощные ураганы огибают планету всего за четыре дня. Последние изображения венерианских облаков, сделанные комическим аппаратом «Venus Express» Европейского космического агентства, показали, что эти и без того быстрые ветры ускоряются, то есть дуют все быстрее и быстрее.

Венера преподнесла очередной сюрприз: ветра этой планеты за последние 7 лет ускорились на треть
    Астрономы изучали ураганы, которые движут облака на высоте примерно 70 км над раскаленными вулканическими равнинами. Несмотря на десятилетия наблюдений с Земли и с борта космических аппаратов, в атмосфере Венеры остается множество тайн. Например, непонятно, что вызывает ураганы, движущиеся в 50 раз быстрее скорости вращения самой планеты. Непонятно, как ветры меняются в зависимости от широты и долготы, а также с течением времени.
    «Venus Express» впервые обеспечил ученых данными с беспрецедентным пространственным и временным разрешением – наблюдения аппарата длятся уже более 10 венерианских лет (6 земных). Детальный анализ наблюдений позволил выявить долгосрочные тенденции венерианского климата. Так, в низких широтах по линии восток-запад ветра дуют со скоростью около 94 м/с (338 км/ч) в направлении по часовой стрелке, как и вращение Венеры. По направлению к полюсу скорость ветра быстро уменьшается. Это означает, что ветер огибает планету по экватору за 5 дней, а в средних широтах – за 3 дня.
    Ветра по линии от экватора до полюса дуют намного медленнее – со скоростью до 10 м/с (36 км/ч) и замедляются постепенно, достигая околонулевой скорости у быстро движущегося глобального вихря, расположенного на полюсе. Наблюдения показали, что средняя скорость ветра на низких широтах постоянно растет и с 300 км/ч наблюдаемых в 2006 году выросла до 400 км/ч в 2013 году, то есть с 80 до 110 м/с. Это очень высокий рост, даже на фоне и без того быстрых венерианских ветров, и ученые не понимают почему это происходит.
    Астрономы обнаружили пик скорости ветра каждые 238 дней, но скорее всего он не связан с ростом скорости ветра, а является следствием особенностей орбиты зонда Venus Express, который проводит наблюдения дневной стороны планеты в определенное время. Так что Венера преподнесла очередную загадку». (19.06.13, 07:27, Мск). http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2013/06/19/532654

    Venus’ Winds Are Mysteriously Speeding Up

    «High-altitude winds on neighboring Venus have long been known to be quite speedy, whipping sulfuric-acid-laden clouds around the superheated planet at speeds well over 300 km/h (180 mph). And after over six years collecting data from orbit, ESA’s Venus Express has found that the winds there are steadily getting faster… and scientists really don’t know why.

Cloud structures in Venus’ atmosphere, seen by Venus Express’ Ultraviolet, Visible and Near-Infrared Mapping Spectrometer (VIRTIS) in 2007 (ESA)
    By tracking the movements of distinct features in Venus’ cloud tops at an altitude of 70 km (43 miles) over a period of six years - which is 10 of Venus’ years - scientists have been able to monitor patterns in long-term global wind speeds.
    What two separate studies have found is a rising trend in high-altitude wind speeds in a broad swath south of Venus’ equator, from around 300 km/h when Venus Express first entered orbit in 2006 to 400 km/h (250 mph) in 2012. That’s nearly double the wind speeds found in a category 4 hurricane here on Earth!
    “This is an enormous increase in the already high wind speeds known in the atmosphere. Such a large variation has never before been observed on Venus, and we do not yet understand why this occurred,” said Igor Khatuntsev from the Space Research Institute in Moscow and lead author of a paper to be published in the journal Icarus.
Long-term studies based on tracking the motions of several hundred thousand cloud features, indicated here with arrows and ovals, reveal that the average wind speeds on Venus have increased from roughly 300 km/h to 400 km/h over the first six years of the mission. (Khatuntsev et al.)
    A complementary Japanese-led study used a different tracking method to determine cloud motions, which arrived at similar results… as well as found other wind variations at lower altitudes in Venus’ southern hemisphere.
    “Our analysis of cloud motions at low latitudes in the southern hemisphere showed that over the six years of study the velocity of the winds changed by up 70 km/h over a time scale of 255 Earth days – slightly longer than a year on Venus,” said Toru Kouyama from Japan’s Information Technology Research Institute. (Their results are to be published in the Journal of Geophysical Research.)
    Both teams also identified daily wind speed variations on Venus, along with shifting wave patterns that suggest “upwelling motions in the morning at low latitudes and downwelling flow in the afternoon.” (via Cloud level winds from the Venus Express Monitoring Camera imaging, Khatuntsev et al.)
    A day on Venus is longer than its year, as the planet takes 243 Earth days to complete a single rotation on its axis. Its atmosphere spins around it much more quickly than its surface rotates — a curious feature known as super-rotation.
    “The atmospheric super-rotation of Venus is one of the great unexplained mysteries of the Solar System,” said ESA’s Venus Express Project Scientist Håkan Svedhem. “These results add more mystery to it, as Venus Express continues to surprise us with its ongoing observations of this dynamic, changing planet.”» (JUNE 18, 2013). http://www.universetoday.com/103001/venus-winds-are-mysteriously-speeding-up/ .

    [Последние изменения внесены 22 июля 2015 года]

   «Земля и Вселенная». Часть 22. «Локальные магнитные поля Марса». http://artefact-2007.blogspot.ru/2011/11/blog-post.html

8 комментариев:

  1. Да,загадок на Венере множество.

    ОтветитьУдалить
  2. Венера: научные проблемы, перспективы исследований

    "Близость Венеры к Земле, а также схожие размеры и плотность заслужили ей титул "близнеца Земли". Тем не менее, мы знаем о ней очень мало. Отсутствие времён года и океанов, переносящих тепло и вращательный момент, предполагает, что Венерианская атмосфера должна быть относительно простой, что оказалось не так. Высокая температура поверхности, сернокислотные облака и совершенно иная геологическая эволюция, изменили наши представления о том, как "работают" планеты земной группы, включая Землю. Венера - это планета, впервые продемонстрировавшая большую роль парникового эффекта, планета, где скорость ветра растет с высотой, превышая в 60 раз скорость вращения поверхности на верхней границе облаков (суперротация). ОТКУДА БЕРЕТСЯ ЭНЕРГИЯ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ СУПЕРРОТАЦИИ? Воды на Венере на 5 порядков меньше, чем на Земле, куда делась вода? Поверхность Венеры молодая - не старше 1 млрд. лет. Мог ли существовать океан на Венере на ранних этапах эволюции? На многие вопросы позволит ответить планируемая в России миссия Венера-Д". (Междисциплинарный семинар Астрономического Общества. 18 марта 16:00, конференц-зал ГАИШ. Засова Людмила Вениаминовна, д.ф.-м.н., зав. лаб. Планетной спектроскопии, ИКИ РАН. http://www.sai.msu.ru/conference/index.html ). (2014-03-13, 10:37:00). http://moisav.livejournal.com/210474.html

    [Ф.Д. https://plus.google.com/103263750784622441418/ ]

    ОтветитьУдалить
  3. Океаны углекислоты могли существовать на Венере

    "Венера, возможно, когда-то обладала странными океанами углекислого газа, которые помогли сформироваться поверхности планеты, говорят исследователи.

    Про Венеру часто говорят, что она двойник Земли, потому что этот мир ближе всего к Земле по размеру, массе, расстоянию и химическому составу. Тем не менее, насколько Земля является раем для жизни, Венеру оказывается адом, с ужасной атмосферой и облаками серной кислоты, плавающих над скалистой пустыней, достаточно горячей, чтобы расплавить свинец.

    Хотя Венера в настоящее время невыносимо жаркое и сухое место, возможно, когда-то на ней был океан, как на Земле. Предыдущие исследования предположили, что в атмосфере Венеры было достаточно воды в прошлом, чтобы покрыть всю планету океаном, глубиной 25 метров (80 футов) - если там могло быть что-то вроде дождей. Но на планете слишком жарко для того, чтобы вода могла остыть и выпасть, даже если на планете действительно было достаточно влаги.

    Теперь ученые предполагают, что вместо водных морей на Венере могли существовать океаны жидкого углекислого газа.

    "В настоящее время атмосфера Венеры в основном состоит из углекислого газа - 96,5 % по объему", рассказывает ведущий автор исследования Дима Болматов, физик-теоретик в Корнельском университете Итаки, Нью-Йорк.

    Большинство знакомо с углекислым газом как с парниковым газом, который удерживает тепло, выдыхаем животными и используется растениями в процессе фотосинтеза. Данное вещество может существовать в твердом, жидком и газовом состоянии, после прохождения критической точки сочетания температуры и давления, диоксид углерода может достигнуть "сверхкритического" состояния. Такие сверхкритический жидкости могут обладать свойствами как жидкости, так и газа.

    Чтобы увидеть эффект "сверхкритического" диоксида углерода на Венере, Болматов и его коллеги исследовали его необычные свойства. Ученые обычно считают, что физические свойства "сверхкритических" жидкостей постепенно изменяются с давлением и температурой. Тем не менее, в компьютерной симуляции молекулярной активности Болматов и его коллеги обнаружили, что в сверхкритическом состоянии углекислый газ переходит из газоподобного состояния в жидкое.

    Атмосферное давление на поверхности Венеры в настоящее время более чем в 90 раз больше земного, но в первое время поверхностное давление Венеры могло быть в десятки раз больше. Такое могло продолжаться в течение относительно длительного периода времени от 100 до 200 миллионов лет. В таких условиях, диоксид углерода мог находиться в жидком состоянии, сказал Болматов.

    "Это, в свою очередь, делает вероятным, что геологические особенности Венеры, такие как рифтовые долины и рекоподобные русла на равнинах, являются отпечатками околоповерхностной активности жидкоподобной формы "сверхкритического" диоксида углерода", сказал Болматов". (28 декабря 2014, 23:57:33). http://www.infuture.ru/article/12477

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. интересно

      Удалить
    2. Ученые выяснили, почему мы живем на Земле, а не на Венере

      "Земля не превратилась в Венеру, безжизненную и раскаленную пустыню, благодаря тому, что горячая первичная кора нашей планеты была раздроблена и унесена в космос в результате бомбардировки ее поверхности астероидами в далекой древности, заявляют планетологи, опубликовавшие статью в журнале "Nature Geoscience".

      Венера, несмотря на схожие с Землей условия формирования, разительно отличается по своему внешнему облику от нашей планеты. Так, атмосфера "утренней звезды" раскалена до 462 градусов Цельсия, на ней практически нет воды, ее поверхность покрыта вулканами, а атмосфера состоит из углекислого газа и серной кислоты. Пока среди ученых нет единого мнения о том, как Венера могла лишиться своих водных запасов и превратиться в гигантский парник.

      Сегодня ученые, как объясняет Марк Йеллинек (Mark Jellinek) из университета Британской Колумбии в Ванкувере (Канада), пытаются выяснить, почему наша планета стала Землей, а Венера – Венерой. Подобное знание крайне важно для поисков внеземной жизни на экзопланетах, так как Земля и Венера очень похожи друг на друга и различить их из космоса крайне сложно.

      Йеллинек и его коллега Мэттью Джексон из университета Калифорнии в Санта-Барбаре (США) нашли возможное объяснение тому, как Земля не стала гигантским парником, обратив внимание на некоторые необычные детали в изотопном составе мантии нашей планеты.

      Геологи заметили, что доли изотопов некоторых редкоземельных металлов в мантии заметно отличаются от того, сколько их содержится в хондритах – древнейших астероидах Солнечной системы, которые сегодня считаются останками «стройматериалов» всех ее планет.

      Это натолкнуло их на мысль, что значительная часть первичной материи Земли, насыщенная радиоактивными элементами, благодаря которым возникли эти изотопы, могла быть выброшена в космос в то время, когда наша планета или столкнулась с прародителем Луны, или подвергалась массированной «бомбардировке» астероидами на последних этапах формирования Солнечной системы.

      Как показали их расчеты, реализация подобного сценария могла привести к двум очень важным и ключевым эффектам. Во-первых, «катапультирование» первичной коры в космос должно было охладить планету на первых этапах ее жизни. Во-вторых, этот катаклизм должен был запустить тектонику - круговорот пород в недрах Земли.

      Тектонические процессы, по словам геологов, помогают мантии охлаждаться, теряя энергию на движение плит и «сбрасывая пар» в виде извержений вулканов и излияний магмы, что поддерживает температурный баланс планеты на определенном уровне.

      На Венере подобных процессов не существует, и поэтому тепло в ее недрах накапливалось до тех пор, пока на ней не начались массированные извержения вулканов, выбросившие огромное количество серы и углекислоты в атмосферу и превратившие ее в гигантский парник.

      По всей видимости, данный фактор был одной из главных причин того, почему Земля не стала Венерой и не превратилась в безжизненную пустыню через несколько миллиардов лет после ее формирования, заключают ученые". (22.07.2015, 11:52). http://ria.ru/science/20150722/1141754460.html

      Удалить
    3. Сергей Шлабович17 августа 2015 г., 22:14

      Образование осадочных горных пород в среде жидкого диоксида, как вы считаете, могло ли происходить также, как, например, в обычной морской воде? Меня интересует вопрос : турбидит, горная порода, основой которой является вулканический пепел, осажденный на воду, при давлении в сотни, или даже тысячи атмосфер, как говорит Болматов, имела ли шанс образоваться на Венере?

      Удалить
    4. Здравствуйте, Сергей Шлабович.

      Я попросил помочь с ответом на Ваш вопрос уважаемого мной геолога "vpreunov". Вот что он написал:

      "По поводу вопросов вашего читателя касаемо Венеры. Они навеяны, несомненно, господствующей ныне конденсационной теорией образования планет Системы; близодновременно, из одного газопылевого облака (никогда не мог понять, откуда в этих облаках столько железа, серы, металлов, в т.ч. радиоактивных; сверхновые тут не объясняют ничего). И теорией дальнейшего развития планет, близких по параметрам, примерно по одной схеме. То есть, на Венере, как и на Земле, согласно этому, должны были быть океаны воды (неизвестно куда девшейся), разные осадочные породы и прочее. Но вдруг, неизвестно почему, она расплавилась, и начала развитие снова; сохранив уже безводную атмосферу, находясь на той же орбите и без следов внешнего воздействия.

      Современная Венера, исходя из геологических соображений, имеет возраст не более 500-800 млн.лет, по земным меркам - это катархей. Имеет очень большую температуру поверхности 450-500°C, очень плотную атмосферу (90 атм.) из CO2, развитый вулканизм, базальтовый в основном состав пород. Из агентов выветривания, необходимых для разрушения пород и образования осадков, имеем: ветер (не такой уж и сильный у поверхности - 1-2 м/сек, возможно, больше, но плотный), который может переносить песок, камешки и пепел; перепады температуры. Вулканический пепел может осаждаться и переноситься. Это и всё; маловато. Из сил, переносящих частицы к местам отложения осадков - тоже ветер, и гравитация на склонах. Жидкая углекислота в условиях поверхности Венеры существовать не может. Согласно фазовой её диаграмме, критическая для жидкой фазы CO2 Т° = 31°C, выше - только газ и твёрдая при очень больших давлениях. Так что никаких турбидитов быть не может, нет жидкостей на поверхности Венеры; только интрузии и лавы или их переслаивание с (пеплом) туфами. И очень немного песочка и камешков где-нибудь в понижениях рельефа и у подножий склонов.

      Что касается вообще возможности осадконакопления с участием жидкой углекислоты, то жидкий CO2 может иметь заметно бОльшую плотность, чем вода, до 1560 кг/м3, притом разную при разных термодинамических условиях. Надо смотреть для конкретных условий, не будут ли частицы осадка плавать сверху вместо осаждения на дно. В любом случае, жидкий CO2 существует при давлениях выше 5 атм."

      Удалить
  4. А не объясняются ли эти особенности движений атмосферы Венеры действием того супервихря (двойного), который не так давно открыт на южном полюсе Венеры? Вы, Фёдор, где-то на этом сайте писали о нём.
    Кстати, о вихрях. Прочёл у Вас статью о загадке южных полюсов планет; которые действительно отличаются своими процессами и их динамикой от северных. В последнее время, в т.ч. в связи с исследованием "реликтового" излучения Вселенной, определены скорость и вектор движения солнечной системы в пространстве. Оказалось, что система летит вперёд осью эклиптики и северными полюсами планет. Скорость движения не маленькая, от 300 до 600км/сек. Не этим ли объясняются аномалии южных полюсов планет? Уран вот летит боком вперёд, и никаких аномалий.
    vpreunov

    ОтветитьУдалить