Die Atmosphäre der Venus ist ebenso mysteriös wie dicht und sengend. Seit Generationen versuchen Wissenschaftler, es mit bodengestützten Teleskopen, Orbitalmissionen und gelegentlichen Atmosphärensonden zu untersuchen. Und im Jahr 2006 hat die ESA Venus-Express Mission war die erste Sonde, die Langzeitbeobachtungen der Atmosphäre des Planeten durchführte, die viel über ihre Dynamik verrieten.
Anhand dieser Daten hat ein Team internationaler Wissenschaftler – angeführt von Forschern der Japan Aerospace and Exploration Agency (JAXA) – kürzlich durchgeführt eine Studie die den Wind und die oberen Wolkenmuster auf der Nachtseite der Venus . Diese Studie war nicht nur die erste ihrer Art, sondern zeigte auch, dass sich die Atmosphäre auf der Nachtseite anders verhält, was unerwartet war.
Die Studie mit dem Titel „ Stationäre Wellen und sich langsam bewegende Merkmale in den oberen Nachtwolken der Venus “, erschien kürzlich in der wissenschaftlichen ZeitschriftNaturastronomie. Unter der Leitung von Javier Peralta, dem International Top Young Fellow der JAXA, konsultierte das Team Daten vonVenus-Express“Reihe wissenschaftlicher Instrumente, um die bisher unbekannten Wolkentypen, Morphologien und Dynamiken des Planeten zu untersuchen.
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. Credits: JAXA, ESA, J. Peralta und R. Hueso.
Während viele Studien über die Atmosphäre der Venus aus dem Weltall durchgeführt wurden, war dies das erste Mal, dass sich eine Studie nicht auf die Tagseite des Planeten konzentrierte. Wie Dr. Peralta in einer ESA erklärte Pressemitteilung :
'Dies ist das erste Mal, dass wir weltweit charakterisieren, wie die Atmosphäre auf der Nachtseite der Venus zirkuliert.Während die atmosphärische Zirkulation auf der Tagseite des Planeten ausgiebig erforscht wurde, gab es auf der Nachtseite noch viel zu entdecken. Wir fanden heraus, dass sich die Wolkenmuster dort von denen auf der Tagesseite unterscheiden und von der Topographie der Venus beeinflusst werden.'
Seit den 1960er Jahren wissen Astronomen, dass sich die Atmosphäre der Venus ganz anders verhält als die anderer terrestrischer Planeten. Während Erde und Mars Atmosphären haben, die ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Planet rotieren, kann die Atmosphäre der Venus Geschwindigkeiten von mehr als 360 km/h (224 mph) erreichen. Während der Planet also 243 Tage braucht, um sich einmal um seine Achse zu drehen, braucht die Atmosphäre nur 4 Tage.
Dieses als „Superrotation“ bezeichnete Phänomen bedeutet im Wesentlichen, dass sich die Atmosphäre über 60-mal schneller bewegt als der Planet selbst. Darüber hinaus haben Messungen in der Vergangenheit gezeigt, dass sich die schnellsten Wolken in der oberen Wolkenebene befinden, 65 bis 72 km (40 bis 45 Meilen) über der Oberfläche. Trotz jahrzehntelanger Forschung waren atmosphärische Modelle nicht in der Lage, Superrotation zu reproduzieren, was darauf hindeutete, dass einige der Mechaniken unbekannt waren.
Künstlerische Darstellung der Atmosphäre der Venus mit ihren Gewittern und einem Vulkan in der Ferne. Bildnachweis und ©: Europäische Weltraumorganisation/J. Was mehr
Peralta und sein internationales Team – zu dem auch Forscher der Universidad del País Vasco in Spanien, der Universität Tokio, der Kyoto Sangyo Universität, der Zentrum für Astronomie und Astrophysik (ZAA) an der TU Berlin und der Institut für Astrophysik und Weltraumplanetologie in Rom – entschied sich, die unerforschte Seite zu betrachten, um zu sehen, was sie finden konnten. Wie er es beschrieb:
„Wir haben uns auf die Nachtseite konzentriert, weil sie schlecht erforscht war; Wir können die oberen Wolken auf der Nachtseite des Planeten anhand ihrer thermischen Emission sehen, aber es war schwierig, sie richtig zu beobachten, weil der Kontrast in unseren Infrarotbildern zu gering war, um genügend Details aufzunehmen.“
Dies bestand darin, die Nachtseitenwolken der Venus mit den Sonden zu beobachten Sichtbares und Infrarot-Wärmebildspektrometer (VIRTIS). Das Instrument sammelte gleichzeitig Hunderte von Bildern und verschiedenen Wellenlängen, die das Team dann kombinierte, um die Sichtbarkeit der Wolken zu verbessern. Dadurch konnte das Team sie zum ersten Mal richtig sehen und enthüllte auch einige unerwartete Dinge über die Nachtseitenatmosphäre der Venus.
Sie sahen, dass die atmosphärische Rotation auf der Nachtseite chaotischer zu sein schien als dies in der Vergangenheit auf der Tagesseite beobachtet wurde. Die oberen Wolken bildeten auch unterschiedliche Formen und Morphologien – d. h. große, wellige, fleckige, unregelmäßige und fadenförmige Muster – und wurden von stehenden Wellen dominiert, bei denen sich zwei gegenläufige Wellen gegenseitig aufheben und ein statisches Wettermuster erzeugen.
Beispiele für neuartige Wolkenmorphologien, die dank Venus Express (ESA) und dem Infrarotteleskop IRTF (NASA) auf der Nachtseite der Venus entdeckt wurden. Credits: ESA/NASA/J. Peralta und R. Hueso.
Die 3D-Eigenschaften dieser stehenden Wellen wurden auch durch die Kombination von VIRTIS-Daten mit radiowissenschaftlichen Daten aus der Venus Radio Science-Experiment (VeRa). Natürlich war das Team überrascht, solche atmosphärischen Verhaltensweisen zu finden, da sie nicht mit dem übereinstimmten, was am Tag routinemäßig beobachtet wurde. Darüber hinaus widersprechen sie den besten Modellen zur Erklärung der Dynamik der Venusatmosphäre.
Bekannt als Globale Umlaufmodelle (GCMs) sagen diese Modelle voraus, dass die Superrotation auf der Venus sowohl auf der Tag- als auch auf der Nachtseite auf die gleiche Weise auftreten würde. Darüber hinaus stellten sie fest, dass stationäre Wellen auf der Nachtseite mit Höhenmerkmalen zusammenzufallen schienen. Als Agustin Sánchez-Lavega, Forscher der Universität del País Vasco und Co-Autor des Papiers, erklärt :
'Stationäre Wellen sind wahrscheinlich das, was wir Gravitationswellen nennen würden – mit anderen Worten, aufsteigende Wellen, die tiefer in der Atmosphäre der Venus erzeugt werden und sich nicht mit der Rotation des Planeten zu bewegen scheinen.Diese Wellen konzentrieren sich über steile, gebirgige Gebiete der Venus; Dies deutet darauf hin, dass die Topographie des Planeten beeinflusst, was hoch oben in den Wolken passiert.'
Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler einen möglichen Zusammenhang zwischen der Topographie der Venus und ihrer atmosphärischen Bewegung entdeckt haben. Letztes Jahr produzierte ein Team europäischer Astronomen eine Studie das zeigte, wie Wettermuster und steigende Wellen auf der Tagesseite in direktem Zusammenhang mit topografischen Merkmalen zu stehen schienen. Diese Ergebnisse basieren auf UV-Bildern der Venus Überwachungskamera (VMC) an Bord derVenus-Express.
Schematische Darstellung des vorgeschlagenen Verhaltens von Schwerewellen in der Nähe von bergigem Gelände auf der Venus. Bildnachweis: ESA
Etwas Ähnliches auf der Nachtseite zu finden, war eine Überraschung, bis sie merkten, dass sie nicht die einzigen waren, die sie entdeckten. Als Peralta angegeben :
'Es war ein aufregender Moment, als wir feststellten, dass sich einige der Wolkenmerkmale in den VIRTIS-Bildern nicht mit der Atmosphäre bewegten.Wir hatten eine lange Debatte darüber, ob die Ergebnisse echt waren – bis wir feststellten, dass ein anderes Team unter der Leitung von Co-Autor Dr. Kouyama mit der Infrared Telescope Facility (IRTF) der NASA auf Hawaii ebenfalls unabhängig stationäre Wolken auf der Nachtseite entdeckt hatte! Unsere Ergebnisse wurden bestätigt, als die Raumsonde Akatsuki von JAXA in eine Umlaufbahn um die Venus eingeführt wurde und sofort die größte stehende Welle entdeckte, die jemals im Sonnensystem am Tag der Venus beobachtet wurde.'
Diese Ergebnisse stellen auch bestehende Modelle von stehenden Wellen in Frage, von denen erwartet wird, dass sie sich aus der Interaktion von Oberflächenwind und Oberflächenmerkmalen in großer Höhe bilden. Frühere Messungen aus der Sowjetzeit JakobsmuschelLander haben darauf hingewiesen, dass die Oberflächenwinde für dies auf der Venus zu schwach sein könnten. Darüber hinaus liegt die südliche Hemisphäre, die das Team für seine Studie beobachtete, ziemlich niedrig.
Und wie Ricardo Hueso von der Universität des Baskenlandes (und ein Mitautor des Papiers) angab, entdeckten sie keine entsprechenden stationären Wellen in den unteren Wolkenschichten. „Wir haben erwartet, diese Wellen in den unteren Ebenen zu finden, weil wir sie in den oberen Ebenen sehen, und wir dachten, dass sie durch die Wolke von der Oberfläche aufsteigen“, sagte er. 'Es ist mit Sicherheit ein unerwartetes Ergebnis, und wir müssen alle unsere Modelle der Venus noch einmal besuchen, um ihre Bedeutung zu erforschen.'
Künstlerische Darstellung von Venus Express, die im Juni und Juli 2014 Aerobreaking-Manöver in der Atmosphäre des Planeten durchführt. Credit: ESA–C. Carreau
Aus diesen Informationen geht hervor, dass Topographie und Höhe in Bezug auf das atmosphärische Verhalten der Venus zusammenhängen, jedoch nicht konsistent. Die auf der Nachtseite der Venus beobachteten stehenden Wellen können also das Ergebnis eines anderen unentdeckten Mechanismus sein, der am Werk ist. Leider scheint die Atmosphäre der Venus – insbesondere der Schlüsselaspekt der Superrotation – noch einige Geheimnisse für uns zu haben.
Die Studie zeigte auch die Wirksamkeit der Kombination von Daten aus mehreren Quellen, um ein detaillierteres Bild der Dynamik eines Planeten zu erhalten. Mit weiteren Verbesserungen der Instrumentierung und des Datenaustauschs (und vielleicht einer oder zwei weiteren Missionen an die Oberfläche) können wir erwarten, dass wir in Kürze ein klareres Bild davon bekommen, was die atmosphärische Dynamik der Venus antreibt.
Mit etwas Glück könnte der Tag kommen, an dem wir die Atmosphäre der Venus modellieren und ihre Wettermuster genauso genau vorhersagen können wie die der Erde.
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