Облака Венеры оказались тесно связаны с ее поверхностью

Используя спутниковые наблюдения Venus Express, ученые впервые показали, как погодные условия в толстых слоях облаков Венеры напрямую связаны с топографией нижележащей поверхности. Вместо того чтобы выступать барьером для наших наблюдений, облака Венеры могут позволить нам увидеть, что находится ниже. Венера известна своей высокой температурой, связанной с невероятным парниковым эффектом, который разогрел ее поверхность до 450 градусов по Цельсию. Климат на ее поверхности очень жестокий; помимо высокой температуры, поверхность сложно разглядеть, поскольку она скрыта толстым слоем облаков, полностью окутавших планету. Ветра на уровне земли очень медленные и движутся по планете со скоростью в 1 м/с — как легкий ветерок.

Тем не менее это не то, что мы видим, когда обозреваем жестокую сестру нашей планеты. Вместо этого нам открывается гладкий и яркий покров облаков. Облака образуют 20-километровый слой, который располагается на высоте 50-70 километров над поверхностью и, следовательно, более холодный, чем поверхность: его температура -70 градусов по Цельсию. Верхний слой облаков также отличается более бурной погодой; ветра там движутся уже в сотни раз быстрее, чем на поверхности (и даже быстрее, чем вращается сама Венера).

В то время как эти облака традиционно скрывали поверхность Венеры от нас, то есть мы могли взглянуть на нее только с помощью радара или инфракрасного света, они же могут раскрыть некоторые секреты Венеры. Ученые подозревают, что погодные условия в облаках могут быть под влиянием рельефа местности под ними. В прошлом они уже находили указания на это, но полной картины не было до сих пор.

Наблюдения спутника Venus Express значительно улучшили нашу климатическую карту Венеры, исследовав три аспекта облачной погоды планеты: как быстро циркулируют ветра Венеры, сколько воды заперто в облаках и насколько яркие эти облака по всему спектру (особенно в ультрафиолетовой части).

«Наши результаты показали, что все эти аспекты — ветра, содержание воды и состав облаков — так или иначе связаны со свойствами самой поверхности Венеры, — говорит Жан-Лу Берто из обсерватории LATMOS возле французского Версаля, ведущий автор нового исследования Venus Express. — Мы использовали наблюдения Venus Express за шесть лет, с 2006 по 2012 год, которые позволили нам изучить долговременные погодные условия планеты».

Хотя Венера очень сухая по сравнению с Землей, ее атмосфера содержит некоторое количество воды в виде пара, в частности, под слоем облаков. Берто и его коллеги изучили верхние слои облаков в инфракрасной части спектра, что позволило им уловить поглощение солнечного света водяным паром и обнаружить, сколько его присутствует в каждом месте на уровне верхнего слоя облаков (70 км над уровнем земли).

Они обнаружили, что одна конкретная облачная область возле экватора Венеры накопила больше водяного пара, чем остальные. Этот «влажный» регион был расположен чуть выше горного хребта Земля Афродиты (Aphrodite Terra) высотой 4500 метров. Это явление, по всей видимости, обусловлено тем, что насыщенный водой воздух из нижних слоев атмосферы выталкивается вверх вдоль гор Земли Афродиты. Ученые окрестили его «фонтаном Афродиты».

«Этот фонтан был заперт в вихре облаков, которые текли вниз по течению, двигаясь с востока на запад через Венеру, — говорит соавтор работы Войцех Маркевич из Института Макса Планка по исследованию Солнечной системы в Геттингене, Германия. — Наш первый вопрос был: почему? Почему вся эта вода оказалась в одном месте?».

Между тем, ученые использовали Venus Express для наблюдения облаков в ультрафиолетовом свете и для измерения их скорости. Выяснилось, что облака, плывущие вниз по течению от фонтана, отражают меньше ультрафиолетового света, чем в других местах, а ветры над горным регионом Земли Афродиты на 18% медленнее, чем в окружающих регионах.

Все три фактора можно объяснить одним-единственным механизмом, который обеспечивает плотная атмосфера Венера, предполагают Берто и его коллеги.

«Когда ветры медленно проталкиваются по горным склонам на поверхности, они создают некие гравитационные волны, — говорит Берто. — Несмотря на название, они не имеют ничего общего с гравитационными волнами, которые являются рябью в пространстве времени — эти гравитационные волны являются атмосферным явлением, которое мы часто наблюдаем в горных регионах поверхности Земли. Грубо говоря, они образуются, когда воздух перекатывается по неровным поверхностям. Волны распространяются вертикально вверх, растут все больше и больше в амплитуде, пока не разбиваются у верхнего слоя облаков, подобно волнам на береговой линии».

Когда волны разбиваются, они замедляют быстро движущиеся высотные ветры, что объясняет, почему ветры над высокогорьями Афродиты медленнее, чем в других местах.

Тем не менее эти ветры вновь разгоняются до обычных скоростей ниже по течению от Земли Афродиты — и это движение работает как воздушный насос. Циркуляция ветра создает движение в атмосфере Венеры, которое выносит насыщенный водой воздух и темный в ультрафиолете материал снизу, создавая наблюдаемый фонтан и паровой след с подветренной стороны.

«Многие десятилетия мы знали, что атмосфера Венеры содержит таинственный поглотитель ультрафиолета, но до сих пор не знаем его сущность, — говорит Берто. — Это открытие позволяет нам больше узнать о его поведении — например, что он производится под верхним слоем облаков и что ультрафиолетово-темный материал выталкивается вверх за счет циркуляции ветра».

Ученые подозревали, что восходящие движения в атмосфере Венеры вдоль экватора вызываются повышенным уровнем солнечного нагрева. Это открытие показывает, что количество воды и ультрафиолетово-темного материала в облаках Венеры резко увеличивается в определенных местах вдоль экватора планеты. Именно горы на поверхности Венеры вызывают рост волн и циркуляцию ветров, которые поднимают материал снизу.

То, что рельеф поверхности может сильно влиять на циркуляцию атмосферы, несет серьезные последствия для нашего понимания планетарного движения ветров и климата в целом.