Ученые объяснили гигантскую волну в атмосфере Венеры
В атмосфере Венеры бежит волна планетарных масштабов, которую хорошо видно по облакам — и ученые теперь знают, почему. Своими выводами они поделились на страницах Journal of Geophysical Research: Planets.
Пасмурная погода может, конечно, испортить планы на день и тут у нас, а на Венере тучи постоянные, плотные и проливаются осадками из серной кислоты. Зато это дает прекрасную возможность изучать процессы, которые трудно было бы разглядеть на планетах с более разреженной или непостоянной облачностью (как наша Земля).
Любопытная особенность венерианских облаков — это их суперротация: они движутся примерно в 60 раз быстрее, чем вращается сама планета. Как сейчас известно, суперротация возникает и в других местах, например, на Марсе, на Солнце и даже в верхних слоях земной атмосферы. В 2016 году снимки с японского орбитального аппарата «Акацуки» также показали, что огромная атмосферная волна, достигающая порой 6000 км в ширину, регулярно проходит вдоль экватора планеты.
«Мы обнаружили это явление, но долгие годы не могли его понять. Теперь мы четко показываем, что это возмущение облачного покрова вызвано крупнейшим гидравлическим прыжком в Солнечной системе», — говорит профессор Имамура Такеси из Токийского университета, ведущий автор исследования.
Увидеть гидравлический прыжок воочию любой из нас может на кухне: вода, льющаяся из крана в раковину, растекается тонким слоем с резким увеличением толщины и падением скорости на некотором расстоянии от струи.
На Венере гидравлический прыжок возникает в тот момент, когда движущаяся на запад атмосферная волна (так называемая волна Кельвина) в области нижних и средних облаков внезапно становится нестабильной. Скорость ветра относительно этой волны резко падает, и возникает сильный локальный восходящий поток, который увлекает пары серной кислоты выше в атмосферу. Мельчайшие капельки конденсируются в облака, вытягивающиеся шлейфом, что и порождает тот самый гигантский волновой фронт, который можно наблюдать на снимках.
«На Венере три четко выраженных слоя облаков. Динамика нижнего и среднего слоев пока изучена не очень хорошо. Открытие гидравлического прыжка, связывающего крупномасштабный горизонтальный процесс с мощной локальной вертикальной волной, оказалось неожиданным — с точки зрения гидродинамики эти явления обычно не связаны», — объясняет Имамура.
Гидравлический прыжок был смоделирован с помощью гидродинамической модели — численного метода, который просчитывает поведение газов или жидкостей, а формирование облаков изучалось в микрофизической «бокс-модели», которая отслеживает поведение условного элементарного объема воздуха по мере его движения сквозь атмосферу. Симуляции воспроизвели наблюдаемое облачное возмущение, а также показали, что этот процесс помогает поддерживать суперротацию венерианской атмосферы.
«До сих пор мы использовали для Венеры глобальную климатическую модель (GCM), похожую на земную, но она не учитывает гидравлический прыжок, который мы только что идентифицировали. Следующий шаг — проверить это открытие в более полной климатической модели, включающей и другие атмосферные процессы. Вероятно, это потребует огромных вычислительных ресурсов: даже для современных суперкомпьютеров такие симуляции — задача непростая», — полагает профессор.
Хотя это первое наблюдение гидравлического прыжка такого масштаба на другой планете, лежащая в его основе физика вполне может проявляться и на других небесных телах. «При определенных условиях атмосфера Марса тоже может создавать подходящие условия для гидравлического прыжка», — допускает Имамура.
Лучшее понимание атмосферных явлений на других планетах поможет в успехе будущих космических миссий.