Sonda Akatsuki objevila zvláštní útvary v atmosféře Venuše

Skupina japonských vědců identifikovala obří protáhlou strukturu uprostřed oblaků pokrývajících planetu Venuši, a to na základě pozorování uskutečněných sondou Akatsuki. Astronomové rovněž odhalili původ takovýchto struktur na základě velkoškálových počítačových simulací klimatu Venuše. Vedoucím skupiny byl profesor Hiroki Kashimura (Kobe University, Graduate School of Science); článek o objevu byl publikován 9. 1. 2019 v Nature Communications.

Venuše je často označována jako dvojče Země pro její podobnou velikost a gravitaci. Avšak klimatické podmínky na jejím povrchu jsou zcela odlišné. Venuše rotuje opačným směrem než Země, a navíc mnohem pomaleji (jedna otočka kolem osy jí trvá 243 pozemské dny). Avšak ve výšce 60 km nad povrchem planety vane silný východní vítr – atmosféra oběhne planetu jednou dokola za 4 dny rychlostí asi 360 km/h. Tento jev je označován jako atmosférická superrotace.

Obloha na Venuši je zcela pokryta silnou oblačností tvořenou kapičkami kyseliny sírové, která je rozložena ve výšce 45 – 70 km, což činí téměř nemožným pozorovat povrch Venuše pozemními teleskopy a sondami na oběžné dráze kolem planety. Teplota povrchu dosahuje spalujících 460 °C a vytváří společně s vysokým tlakem drsné prostředí pro výzkum pomocí sond přistávajících na povrchu planety. V důsledku těchto podmínek je zde stále mnoho neznámého, například pokud se týká atmosférických procesů.

Japonská sonda Akatsuki byla navedena na oběžnou dráhu kolem planety v prosinci 2015 a začala pracovat na rozřešení záhady atmosféry Venuše. Jedním z vědeckých přístrojů na palubě sondy je infračervená kamera IR2, která provádí měření na vlnových délkách 2 μm (0,002 mm). Tato kamera může zkoumat mimo jiné detailní morfologii oblaků nízké vrstvy oblačnosti zhruba 50 km nad povrchem planety. Viditelné a ultrafialové světlo je pohlcováno horní vrstvou oblačnosti, avšak díky pozorování v oboru infračerveného záření o specifické vlnové délce můžeme postupně odhalovat dynamické struktury spodní vrstvy mraků.

Ještě před začátkem mise Akatsuki vědecký tým vyvinul program nazvaný AFES-Venus za účelem počítačových simulací atmosféry planety Venuše. Na Zemi jsou atmosférické jevy v celém rozsahu zkoumány a předpovídány pomocí počítačových simulací, například denní předpovědi počasí či výskyt uragánů a předpokládané klimatické změny vyplývající z globálního oteplování. Pro Venuši, která je obtížně pozorovatelná, je vytvoření počítačových simulací mnohem důležitější, avšak problematické zkoumání planety činí rovněž obtížným potvrdit správnost těchto simulací.

Program AFES-Venus již uspěl při vysvětlení vanoucích větrů v důsledku superrotace a polárních teplotních struktur v atmosféře Venuše. Při použití zemského simulátoru (Earth Simulator) – systému superpočítačů, které poskytla japonská agentura Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), vědecký tým uskutečnil počítačovou simulaci s vysokým prostorovým rozlišením. Protože však byla k dispozici pouze pozorovací data s nízkou kvalitou z období před vypuštěním sondy Akatsuki, bylo obtížné prokázat, zda tyto simulace byly skutečně přesnou rekonstrukcí jevů.

Nová studie porovnávala pozorovací data o nízké vrstvě oblačnosti Venuše pořízená kamerou IR2 na palubě sondy Akatsuki s výsledky počítačových simulací s vysokým rozlišením v rámci programu AFES-Venus. Na levé části obrázku uveřejněného v úvodu článku jsou ukázány spodní vrstvy oblačnosti zachycené kamerou IR2. Za pozornost stojí téměř symetrické obří „pruhy“ napříč severní a jižní polokoulí. Každý pruh je několik stovek kilometrů široký a táhne se úhlopříčně v délce téměř 10 000 km. Tyto struktury byly nejprve objeveny infračervenou kamerou IR2 a vědci pro ně použili označení „pásové struktury planetárních rozměrů“. Takovéto útvary nebyly nikdy pozorovány na Zemi a mohou být unikátní právě pro Venuši. Při použití simulace AFES-Venus s vysokým rozlišením vědci dospěli k vytvoření obdobných útvarů (viz pravá část úvodního obrázku).

Prostřednictvím další detailní analýzy výsledků simulace AFES-Venus vědci odhalili původ těchto obřích podlouhlých struktur. Klíčem k této struktuře je jev blízce související s každodenní povětrností na Zemi: polární jet stream (tzv. tryskové proudění). Ve středních a vysokých planetárních šířkách na Zemi tyto velkoškálové dynamické větry (tlakové nestability) vytvářejí nezvyklé tropické cyklóny, stěhovavé systémy vysokého tlaku a polární tryskové proudění. Výsledky simulací ukázaly stejné mechanismy fungující ve vrstvách oblačnosti na Venuši, z čehož vyplývá, že tryskové proudění se může vytvářet ve vysokých šířkách. V nižších šířkách atmosférické vlny v důsledku rozložení rozsáhlých proudů a efekt planetární rotace (Rossbyho vlny) generují velké víry v oblasti od rovníku až po planetární šířky 60° severně i jižně (viz druhý obrázek). Když přidáme k tomuto jevu tryskové proudění, víry se nakloní a protáhnou, sbíhavost zón mezi severním a jižním prouděním vytvoří podobu pásu. Severojižní vítr, který je vytlačen v důsledku sbližování zón, se stane silným proudem klesajícím dolů, v důsledku toho vzniká pásový útvar planetární velikosti. Rossbyho vlny se rovněž spojují s velkými atmosférickými fluktuacemi nad rovníkem (rovníkové Kelvinovy vlny) v nižších vrstvách oblačnosti a zachovávající symetrii mezi polokoulemi.

Studie odhalila obří oválnou strukturu planetární velikosti ve spodních vrstvách oblačnosti Venuše, kopírující tyto struktury v simulacích, z čehož vyplývá, že tento protáhlý útvar vzniká na základě dvou typů různých atmosférických fluktuací (vlnění) – tlakové nestability a tryskového proudění. Úspěšná simulace podélné struktury planetárních rozměrů vznikající z četných atmosférických jevů je dokladem velmi přesných simulací jednotlivých jevů začleněných do tohoto procesu.

Až dosud bylo studium klimatu Venuše převážně zaměřeno na zprůměrované kalkulace jednotlivých měření. Tento objev povýšil výzkum klimatu Venuše na novou úroveň, v níž můžeme diskutovat detaily možné prostorové struktury atmosféry Venuše. Dalším krokem ve spolupráci sondy Akatsuki a programu AFES-Venus může být vyřešení záhady klimatu Venuše, zahalené v silné vrstvě oblačnosti z kapiček kyseliny sírové.

Zdroj: http://www.isas.jaxa.jp/en/topics/002013.html?platform=hootsuite a https://www.universetoday.com/141166/giant-streak-structure-found-in-venus-cloudtops/

autor: František Martinek