Міжнародна команда за участю російських дослідників створила температурну карту верхньої атмосфери Венери на основі даних зонда «Венера-Експрес». Виявлено особливості, які мають поки пояснення: шар з підвищеною температурою і більш висока, ніж ввечері, ранкова температура.
Найближча сусідка Землі по Сонячній системі близька до неї за масою і розміром, але умови на Венері разюче відрізняються від земних. На поверхні планети, захованої за двадцятикілометрового шаром хмар з концентрованої сірчаної кислоти в щільній атмосфері з вуглекислого газу, температура досягає 460 градусів Цельсія, а тиск в 90 разів перевершує земне. Там постійно дмуть вітри, швидкість яких більше, ніж у земних ураганів. Незважаючи на багаторічні дослідження, Венера таїть ще багато загадок. Як вважають астрофізики, ключ до розуміння багатьох з них - вивчення атмосфери планети.
Температура на нічній стороні Венери на висотах 90 і 100 км
Температурний профіль атмосфери на нічній стороні Венери для висот вище 90 км.
Карта змін температури венеріанській атмосфери в залежності від висоти до 90 км на різних широтах, побудована за допомогою приладу VeRa (рис. ESA).
Інфрачервоний (зліва) і ультрафіолетовий (праворуч) канали спектрометра SPICAV.
Розташування приладів на зонді «Венера-Експрес» (рис. ESA).
<
>
За допомогою приладів, встановлених на зонді «Венера-Експрес», були проведені вимірювання температури атмосфери Венери фактично від поверхні до 200 км (верхньої атмосфери). У статті, опублікованій в журналі «Planetary and Space Science» , Дослідники з Росії, Франції, Бельгії, Німеччини і США проаналізували дані приладу SPICAV, отримані в 2006 -2013 роках для висот від 90 до 140 кілометрів.
На цих висотах розташовується так звана мезопауза - область атмосфери, де спостерігається мінімум температури, яка зменшується з висотою. На Венері температурний мінімум відповідає висоті 125 км. Вище мезопаузи, в термосфере, температура зростає з висотою. Однак несподівано для дослідників на висотах від 90 до 100 кілометрів атмосфера виявилася на 20-40 градусів тепліше, ніж це повинно було бути, виходячи з закономірності зменшення температури, виявленої на більш низьких висотах. Там спостерігалася температура від -30 до -50 градусів Цельсія, хоча повинна була бути не вище -70. Температура загадкового теплого шару збільшується від термінатора (кордони між денною та нічною сторонами планети) і досягає максимуму на нічній стороні.
Точної причини нагрівання цього шару дослідники поки не знають, хоча розглядають кілька гіпотез. Приблизно на цих же висотах знаходиться венерианский озоновий шар, і, як зазначає один з авторів статті Денис Бєляєв, співробітник ІКД РАН і МФТІ, не виключено, що утворення цих шарів взаємопов'язане. Можливо, що справа в хімічних реакціях: розпад озону під дією хлорвмісних речовин може йти з виділенням тепла.
Іншим механізмом нагріву може бути глобальний рух верхніх шарів атмосфери на цих висотах з нагрітою сонцем денний боку планети на холодну нічну сторону. При цьому нагрітий газ опускається нижче, в більш щільні шари, де знову нагрівається за рахунок стиснення.
Ще одна загадка верхньої атмосфери Венери полягає в тому, що вранці вона приблизно на 20 градусів тепліше, ніж ввечері, хоча повинно бути навпаки. Адже за ніч атмосфера повинна остигати, а за день - нагріватися.
Можливо, що причина цього все в тому ж русі атмосфери з денною боку на нічну, де маси газу опускаються до висот 70 км, що може призводити до так званого адіабатичному стиску і нагрівання атмосфери. Термін «адіабатичний» означає, що виділяється тепло не встигає піти з області виділення. За рахунок зворотного процесу, адіабатичного розширення при підйомі, на Землі водяна пара охолоджується, перетворюючись в дощ, сніг і град.
Специфіка руху атмосфери Венери пов'язана з особливостями її обертання навколо осі. Обертається вона дуже повільно, роблячи один оберт навколо своєї осі за 243 земних діб, в той час як оборот навколо Сонця вона робить за 228 діб. Завдяки цьому сонячні добу на Венері триває 117 днів. Крім того, на Венері немає зміни пір року, так як вісь її обертання практично перпендикулярна до площини орбіти.
Європейський космічний апарат «Венера-Експрес» (Venus Express), був виведений російською ракетою «Союз-ФГ» в 2005 році. У лютому 2015 зонд припинив своє існування, але отримані за 9 років дані ще довго будуть аналізуватися вченими.
Два з семи наукових приладів зонда були розроблені за участю російських фахівців з ІКД РАН і МФТІ. В тому числі ними було розроблено інфрачервоний спектрометр для приладу SPICAV (SPectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Venus ). Другий, ультрафіолетовий, спектрометр, за допомогою якого і були отримані дані про температуру атмосфери, розробили французькі і бельгійські фахівці. Він дозволив вимірювати температуру з вертикальним дозволом менше 7 км
Температура атмосфери вимірювалася за допомогою методу «зоряного просвічування». Він полягає в спостереженні за зіркою в той момент, коли вона переховується за краєм планети. У цей момент світло зірки проходить через атмосферу, і по його спектру можна визначити її характеристики. Для спостережень було вибрано близько 50 зірок з яскравим випромінюванням в ультрафіолеті, в робочому діапазоні спектрометра (від 118 до 320 нанометрів). Протягом декількох хвилин, поки зірка не зникла за планетою, прилад раз в секунду знімав її спектр. Потім вчені виділяли в ньому внесок атмосфери, який дозволяє визначити її газовий склад і щільність на різних висотах. Виходячи вже з цих даних, обчислювалася температура. Всього за 7 років було отримано 587 «зрізів» атмосфери, а точки вимірювань покрили практично всі нічний півкуля планети.
Робота російських учасників дослідження фінансувалася з коштів мегагранта уряду РФ, отриманого МФТІ в 2011 році. В рамках цього мегагранта в МФТІ була створена Лабораторія інфрачервоної спектроскопії планетних атмосфер з високою роздільною здатністю під керівництвом Володимира Краснопільського.
за матеріалами МФТІ
<
