Как погодка на Венере? Охлаждение воздуха приводит к нагреву поверхности, показывает моделирование

Климат на Венере представляется чем-то на подобии филиала ада. Планета с сокрушительным давлением, свинцовыми облаками и поверхностью, раскаленной до 460°C. В таких условиях любая погода кажется незначительной деталью. Кажется, что у поверхности ничего не происходит.

Это представление ошибочно.

Ветры у поверхности Венеры медленные, едва достигают скорости пешехода. Но новое исследование, основанное на первом в своем роде детальном моделировании, показывает: эти тихие потоки воздуха создают на планете неожиданные и мощные климатические эффекты. Они меняют температуру поверхности и способны поднимать в воздух пыль, формируя ландшафт.

Так что же происходит у раскаленной поверхности Венеры, когда садится Солнце?

Суточный цикл: почему ветер на Венере меняет направление?

На Земле и Марсе хорошо известен феномен склоновых ветров. Днем склоны гор нагреваются солнцем, воздух над ними становится легче и поднимается вверх. Ночью поверхность остывает, охлаждая прилегающий воздух. Он становится плотнее и под действием гравитации стекает вниз.

Моделирование показало, что этот же фундаментальный механизм работает и на Венере, особенно в экваториальных регионах.

• Днем солнечное излучение, пробившееся сквозь плотные облака, нагревает горные склоны. Воздух над ними расширяется и устремляется вверх. Это анабатический ветер.
• Ночью поверхность начинает эффективно излучать тепло в космос (инфракрасное охлаждение). Воздух у земли остывает, уплотняется и начинает медленно «сползать» вниз по склонам. Это катабатический ветер.

Этот предсказуемый суточный ритм — день вверх, ночь вниз — лежит в основе гораздо более странного явления.

Температурный парадокс: почему в горах ночью теплее?

На равнинах Венеры суточный перепад температур составляет около 4°C. Логично, что днем поверхность немного нагревается, ночью остывает. А вот в горных регионах этот перепад оказался меньше 1°C. Склоны гор почти не меняют свою температуру в течение суток.

Все дело в ночных катабатических ветрах. Когда масса воздуха стекает со склона вниз, она попадает в слои с более высоким атмосферным давлением. Этот воздух сжимается. Физика этого процесса такая: любой газ при сжатии нагревается. Этот эффект называется адиабатическим нагревом.

На Венере этот процесс проявляется довольно выражено. Тепло, которое генерируется при сжатии стекающего со склонов воздуха, почти полностью компенсирует его ночное радиационное охлаждение. В результате горные склоны ночью не остывают так, как должны. Горы Венеры буквально сами себя греют.

В итоге, температура там определяется не только высотой, но и рельефом. Склон и равнина на одной и той же высоте будут иметь разный температурный режим. Это важная информация для интерпретации данных будущих миссий.

Может ли ветер на Венере двигать песок?

На поверхности Венеры с помощью радаров были обнаружены дюны. Значит, что-то должно переносить частицы грунта. Но могли ли это делать ветры скоростью меньше одного метра в секунду?

Исследование дает утвердительный ответ. Важна не столько скорость ветра, сколько его способность создавать трение о поверхность. Этот параметр называют скоростью сдвига. Модель рассчитала это значение для разных регионов Венеры и сравнила с порогом, необходимым для отрыва частиц от поверхности.

Результаты показали, что на значительных территориях — особенно ночью и на западных склонах гор — ветер достаточно силен, чтобы запустить процесс сальтации. Это явление, при котором частицы (модель рассматривала пылинки размером 75 микрометров) отрываются от поверхности и совершают серию коротких скачков.

Это означает, что поверхность Венеры геологически активна прямо сейчас. Медленные, но плотные потоки воздуха постоянно перемещают вещество, меняя облик планеты.

Понимание того, где и как дуют ветры, как они влияют на температуру и переносят пыль, необходимо для будущих посадочных миссий, таких как DAVINCI.

Источник: arXiv