Die Atmosphäre auf der Venus dreht sich schneller als der Planet, und jetzt glauben Astronomen zu wissen, warum
Die Venus ist – fast – einzigartig in unserem Sonnensystem, weil sie ein sogenannter „Superrotator“ ist. Das bedeutet, dass sich die Atmosphäre der Venus schneller dreht als der Planet selbst. Nur der Saturnmond Titan hat die gleiche Eigenschaft.
Wissenschaftler haben versucht herauszufinden, was diese Superrotation verursacht, und jetzt könnte ein internationales Forscherteam es herausgefunden haben.
Auf der Venus können sich die Winde bis zu 60-mal schneller bewegen als der Planet selbst, und obwohl der Planet 243 Tage braucht, um sich zu drehen, braucht die Atmosphäre nur vier Tage, um den Planeten zu umkreisen. Zum Vergleich: Die Erdatmosphäre bewegt sich zwischen 10 und 20 % der Geschwindigkeit des Planeten. Wissenschaftler wissen seit den 1960er Jahren, dass die Venus ein Superrotator ist, konnten jedoch nicht herausfinden, warum.
Die atmosphärische Superrotation an den oberen Wolken der Venus. Während die Superrotation sowohl auf der Tag- als auch auf der Nachtseite der Venus vorhanden ist, scheint sie am Tag gleichmäßiger zu sein (AKATSUKI-UVI-Bild bei 360 nm, rechte Seite), während sie in der Nacht unregelmäßiger und unvorhersehbarer zu werden scheint (Komposit von Venus Express/VIRTIS-Bildern ar 3,8 µm, links). KREDIT: JAXA, ESA, J. Peralta und R. Hueso.
Im Jahr 2016, Forscher fanden eine große stationäre Gravitationswellenstruktur in der Atmosphäre der Venus. Die bogenförmige Struktur erstreckte sich über 10.000 km (6200 Meilen) über die Wolkenspitzen der Venus. Es blieb relativ zur Oberfläche des Planeten stationär, während die Atmosphäre ihre Superrotation beibehielt.
Im Jahr 2018 veröffentlichten Wissenschaftler a Papier zeigt, welche Rolle die massive Welle bei der Superrotation des Planeten spielte. Die Schwerewelle auf der Venus ist so groß, weil sich die Atmosphäre nur in eine Richtung bewegt, während auf der Erde beispielsweise variablere Winde keine so massiven Wellenstrukturen erzeugen. Das Papier von 2018 zeigte, dass die riesige Welle an dem Planeten zerrte und seine Rotationsrate änderte, aber die Superrotation der Venus nicht erklärte.
Der japanische Orbiter Akatsuki hat dieses Bild einer Gravitationswelle in der oberen Wolkenschicht der Venus aufgenommen. Bildnachweis: JAXA
„Seit der Entdeckung der Superrotation in den 1960er-Jahren ist der Mechanismus ihrer Entstehung und Aufrechterhaltung jedoch seit langem ein Rätsel“, sagt Takeshi Horinouchi, Erstautor der neuen Studie.
Diese neue Studie sagt, dass in der Atmosphäre der Venus mehr los ist und dass die Superrotation nicht nur mit atmosphärischen Gezeitenwellen, sondern auch mit anderen Merkmalen zusammenhängt.
Die neue Studie trägt den Titel „ Wie Wellen und Turbulenzen die Superrotation der Venusatmosphäre aufrechterhalten .“ Der Hauptautor ist Takeshi Horinouchi von der Universität Hokkaido in Japan. Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft .
Im Großen und Ganzen zeigt die Studie zwei Faktoren, die zur Superrotation der Venus beitragen.
Am Äquator erzeugt Solarwärme auf der Tagesseite atmosphärische Flutwellen. Auf der Nachtseite erzeugt die Abkühlung die gleichen Wellen. Aber an den Polen passiert etwas anderes. EIN Pressemitteilung sagt: „Näher an den Polen haben jedoch atmosphärische Turbulenzen und andere Arten von Wellen eine stärkere Wirkung.“
Die neue Studie basiert auf Daten des japanischen Akatsuki ich Raumschiff. Die Raumsonde befindet sich in einer großen elliptischen Umlaufbahn um die Venus. Akatsuki ergänzt die Venus Express der ESA Orbiter, der sich von 2006 bis 2014 in einer polaren Umlaufbahn befand. Gemeinsam haben die beiden Raumsonden einen immensen Beitrag zu unserem Verständnis der Venus geleistet.
Die Raumsonde Akatsuki trägt fünf Bildkameras: drei Infrarot-, eine Ultraviolett- und eine Kamera für sichtbares Licht. Horinouchi und seine Kollegen nutzten Ultraviolett- und Infrarotbilder der Raumsonde, um eine präzise Methode zur Verfolgung von Wolken zu entwickeln. Die Wolkenverfolgung führte zu einer genauen Messung der Windgeschwindigkeiten. Von dort schätzte das Team, welchen Beitrag die atmosphärischen Wellen und die Turbulenzen zur Superrotation der Venus leisteten.
Das erste, was ihnen auffiel, waren Temperaturschwankungen. Es gab atmosphärische Temperaturunterschiede zwischen den Höhen, die nicht erklärt werden konnten, es sei denn, es gab eine atmosphärische Zirkulation über die Breitengrade.
Künstlerische Darstellung des Venus Climate Orbiter (alias „Akatsuki“) von Akihiro Ikeshita. Bildquelle: JAXA
In dem Pressemitteilung , sagte Horinouchi: „Da eine solche Zirkulation die Windverteilung verändern und die Superrotationsspitze schwächen sollte, impliziert dies auch, dass es einen anderen Mechanismus gibt, der die beobachtete Windverteilung verstärkt und aufrechterhält.“
Was war der andere Mechanismus?
Nach weiteren Analysen der Daten und weiteren Modellierungen kam das Team auf etwas anderes: die thermische Flut. Die Amerikanische Meteorologische Gesellschaft beschreibt eine thermische Flut ss „Eine Variation des Atmosphärendrucks aufgrund der tageszeitlichen Differenzerwärmung der Atmosphäre durch die Sonne.“ Horinouchi und seine Kollegen sagen, dass die Thermik für den Wind in niedrigen Breiten verantwortlich ist.
Das steht im Gegensatz zu früheren Studien, die zeigten, dass die Thermalfluten keine Rolle spielten. Diese Studie zeigte, dass thermische Gezeiten eine Rolle bei der Beschleunigung in mittleren und hohen Breiten spielen, während sie in niedrigen Breiten eine geringe Verzögerungswirkung haben.
Das vorgeschlagene System, das die Superrotation (gelb) der Atmosphäre der Venus aufrechterhält. Die Thermik (rot) zur äquatorialen Spitze erzwingt die Superrotation nach Westen. Die Atmosphäre wird durch ein duales Zirkulationssystem kontrolliert: die meridionale (vertikale) Zirkulation (weiß), die Wärme langsam zu den Polen transportiert, und die Superrotation, die Wärme schnell zur Nachtseite des Planeten transportiert. Credit: Planet-C-Projektteam
Das Team hat also einige wichtige Beweise gefunden, die helfen, die ungewöhnliche Atmosphäre der Venus zu erklären. Ihre Arbeit zeigt nicht nur, wie die Superrotation aufrechterhalten wird, sondern auch, wie Wärme um den Planeten transportiert wird. Die Zirkulation entlang der Meridiane bewegt die Wärme langsam in Richtung der Pole der Venus, während die Superrotation die Wärme von der Tagseite zur Nachtseite bewegt.
Wie so vieles in der Planetenwissenschaft erklärt es nicht nur den tatsächlich untersuchten Planeten, sondern könnte den Wissenschaftlern auch helfen, die zunehmende Zahl entdeckter Exoplaneten zu verstehen.
„Unsere Studie könnte dazu beitragen, atmosphärische Systeme auf gezeitengebundenen Exoplaneten besser zu verstehen, deren eine Seite immer den Zentralsternen zugewandt ist, was der Venus mit einem sehr langen Sonnentag ähnelt“, fügte Horinouchi hinzu.
Mehr:
- Pressemitteilung: Atmosphärische Flutwellen halten die Superrotation der Venus aufrecht
- Forschungsbericht: Wie Wellen und Turbulenzen die Superrotation der Venusatmosphäre aufrechterhalten
- Universum heute: Giant-Streak-Struktur in den Wolkenspitzen der Venus gefunden