Цивилизация
Многолетнее наблюдение за Венерой, ведущееся с борта космического аппарата, вместо того чтобы приоткрыть тайны раскаленной соседки Земли, еще добавило планетологам головной боли.
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 от южного. 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, которые в анализах снимков полагались 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.