Группа ученых, в которую входит Токийский университет, раскрыла тайну происхождения впечатляющего облачного возмущения на Венере

С помощью численных моделей исследователи показали, что огромный атмосферный волновой фронт шириной 6000 километров, который несколько дней циркулирует вокруг планеты, возникает из-за большого «гидравлического скачка». Это явление, при котором жидкость резко замедляется, переходя от состояния быстрого движения на малых глубинах к состоянию медленного движения на больших глубинах.

Как ведут себя плотные облака Венеры

На Венере внезапное изменение направления воздушного потока в нижней части облачного слоя сопровождается возникновением сильного восходящего потока, который поднимает пары серной кислоты выше в атмосферу, где они конденсируются, образуя массивную линию облаков.

В будущих исследованиях планет можно будет рассмотреть потенциальное влияние этого процесса и его значение для любых исследовательских миссий.

Ключевая особенность венерианских облаков заключается в том, что они «супервращаются», то есть движутся примерно в 60 раз быстрее, чем вращается планета. Теперь мы знаем, что супервращение происходит и в других местах, в том числе на Марсе, на Солнце и даже в верхних слоях атмосферы Земли. В 2016 году снимки, сделанные японским орбитальным аппаратом «Акацуки» на Венере, также показали, что огромная атмосферная волна — иногда достигающая 6000 км в ширину — периодически проходит по экватору планеты.

«Мы выявили это явление, но долгие годы не могли его объяснить, — говорит профессор Такеши Имамура из Высшей школы передовых наук Токийского университета. — Однако благодаря этому исследованию мы теперь можем показать, что разрушение облаков вызвано самым масштабным из известных гидравлических скачков в Солнечной системе».

Что такое гигантский гидравлический скачок

Гидравлический скачок можно наблюдать в действии в обычной кухонной раковине. Когда вода из крана попадает в раковину, она сначала льется быстро и тонкой струйкой, но по мере растекания замедляется и становится глубже.

Гидравлический скачок на Венере происходит, когда движущаяся на восток атмосферная волна (так называемая волна Кельвина) в нижних и средних слоях облачности внезапно становится неустойчивой. Скорость ветра, определяемая по атмосферной волне, резко снижается, и возникает сильный локальный восходящий поток, который поднимает пары серной кислоты выше в атмосферу. Капли конденсируются в облака, которые движутся вслед за волной, образуя массивный фронт, который можно наблюдать, когда он огибает планету.

«На Венере есть три четко различимых слоя облаков, и динамика нижнего и среднего слоев изучена не так хорошо, — говорит Имамура. — Наше открытие гидравлического скачка на Венере, соединяющего крупномасштабный горизонтальный процесс с сильной локализованной вертикальной волной, стало неожиданностью, поскольку в гидродинамике эти процессы обычно не связаны друг с другом».

Моделирование Венеры и перспективы

Гидравлический скачок был смоделирован с помощью гидродинамической модели (численный анализ, имитирующий движение газа или жидкости), а образование облаков изучалось с помощью микрофизической модели (которая отслеживает поведение определенного участка воздуха при его движении в атмосфере). Исследователи не только смоделировали то же возмущение в облаках, но и обнаружили, что этот процесс помогает поддерживать сверхбыстрое вращение атмосферы Венеры.

«До сих пор мы использовали для Венеры модель глобальной циркуляции (global circulation model, GCM), которая похожа на земную, но эта модель не учитывает гидравлический скачок, который мы теперь выявили, — объяснил Имамура. — Следующим шагом будет проверка этого открытия в рамках более комплексной климатической модели, учитывающей другие атмосферные процессы. Мы столкнемся с некоторыми трудностями из-за огромной вычислительной мощности, необходимой для проведения такого моделирования. Даже с современными суперкомпьютерами это непросто».

Хотя это первое наблюдение гидравлического скачка такого масштаба на другой планете, физические процессы, лежащие в его основе, могут происходить и на других небесных телах. «При определенных обстоятельствах в атмосфере Марса также могут возникнуть условия для гидравлического скачка», — отметила Имамура. Создание более точных моделей атмосферных условий поможет в реализации будущих миссий на Марс, а также в освоении космоса в целом.

На изображении:

На этих снимках, сделанных 18 августа (слева) и 27 августа (справа) 2016 года камерой ближнего инфракрасного диапазона японского зонда Akatsuki Venus probe, видна четкая линия более плотных (темных) облаков, движущихся по планете.