Фізики пояснили головну загадку атмосфери Венери

Венера робить один оборот навколо своєї осі за 243 земних дня. Але її атмосфера обертається куди швидше. Швидкість цього руху збільшується з висотою і досягає максимуму в хмарному шарі в десятках кілометрів над поверхнею. Місцевий шар газу здійснює один оберт навколо осі планети всього за чотири земних доби. Тобто він обертається в 60 разів швидше поверхні небесного тіла, пише Science. 

Це явище називається суперобертанням. Воно було відкрито понад півстоліття тому, і з тих самих пір планетологи намагаються знайти йому пояснення.

"З тих пір як суперобертання було виявлено в 1960-х роках, механізм його виникнення і підтримання залишався загадкою", - говорить перший автор нової статті Такесі Хоріноуті (Takeshi Horinouchi) з Університету Хоккайдо. 

Існує постійно діючий механізм, що надає атмосфері другої планети обертальний рух. 

Дослідники з Японії і США обробили зображення хмарного шару Венери, отримані інфрачервоними і ультрафіолетовими камерами японського зонда Akatsuki, який обертається навколо другої від Сонця планети з 2015 року. 

Автори розробили новий вельми точний метод для спостереження за окремими хмарами. Це дозволило їм виміряти швидкість вітру на різних широтах. 

Крім того, експерти звернули увагу на підозріло малу різницю між температурою "повітря" на екваторі і полюсах небесного тіла. З цього вони зробили висновок, що в напрямку меридіанів Венери дмуть потужні постійні вітри. 

Але суперобертання, навпаки, відбувається уздовж паралелей планети. Ці перпендикулярні потоки газу повинні заважати одне одному. Значить, джерело, що підживлює суперобертання, повинно бути досить потужним, щоб долати цей опір. 

Подальші дослідження переконали вчених у тому, що таке джерело не одне. У різних широтах діють різні механізми. 
 

1. Слабка вертикальна циркуляція і циркуляція в напрямку "північ - південь" (переносить тепло і момент імпульсу до високих широт).
2. Рух газу зі сходу на захід, що викликається тепловим припливом.
3. Потік газу зі сходу на захід (суперобретання).
4. Слабкий потік газу із заходу, який визначається іншими типами атмосферних хвиль і турбулентністю.
5. Перенесення моменту імпульсу атмосферними хвилями, викликаними гідродинамічною нестійкістю. 
   

У низьких широтах (тобто поблизу екватора) суперобертання атмосфери підтримується за рахунок різниці температур між денною нічною півкулями. 

Венеріанська доба триває 243 земних дня. Так що денна півкуля встигає сильно прогрітися, тим більше що Венера ближче до Сонця, ніж Земля. До того ж товста атмосфера з вуглекислого газу створює потужний парниковий ефект. 

Газ, що нагрівся у розпеченій поверхні, піднімається вгору. Там ці маси розширюються вгору і в сторони. У результаті на денній стороні планети атмосфера стає більш товстою, але менш щільною. Газова оболонка планети як би витягується назустріч Сонцю. Це явище відоме як тепловий приплив, за аналогією зі звичайним гравітаційним припливом, що відповідає за схожий ефект. 

Зі зрозумілих причин атмосферний тиск під приливною опуклістю значно нижчий, ніж на протилежному боці планети. Ця різниця тисків створює потужний потік вітру, який з величезною швидкістю рухається спочатку до екватора (де нагрів найсильніший), а потім в тому ж напрямку, в якому обертається планета, тобто зі сходу на захід. Так і створюється суперобертання в низьких широтах. 

У полярних і середніх широтах за суперобертання можуть відповідати нетеплові газові хвилі, за розмірами можна порівняти з планетою, і великомасштабна турбулентність. А ось поблизу екватора ці ефекти, навпаки, дещо послаблюють суперобертання. Там вони направляють потоки газу із заходу на схід, проти обертання планети. 

До слова, дослідники сподіваються, що їх робота допоможе в моделюванні атмосфер екзопланет, весь час звернених до світила однією стороною. Адже Венера (як і Уран) з її неймовірно повільним обертанням навколо своєї осі знаходиться майже в такому ж становищі.

Читайте також: Вчені пояснили походження масконів на Місяці

Фото: Вісті