В течение 10 лет ученые наблюдали за состоянием атмосферы Венеры с помощью датчиков, установленных на космических аппаратах. В результате выяснилось, что важной причиной циклических климатических изменений являются долгосрочные колебания альбедо (отражательной способности) этой планеты, а они в свою очередь связаны с количеством таинственных темных пятен в атмосфере Венеры. Эти пятна поглощают солнечное излучение гораздо эффективнее окружающих более светлых облаков, но их природа пока не ясна. По одной из версий они представляют собой скопления микроорганизмов, аналогичных тем, что были обнаружены в атмосфере Земли, хотя скорее всего всё прозаичнее и причина образования зон с пониженной отражательной способностью связана с химическими реакциями, происходящими в атмосфере Венеры.
Рис. 1. Слева — облачный покров Венеры в ультрафиолетовых лучах, снимок сделан в 1979 году космическим аппаратом «Пионер-Венера-1». Справа — составное изображение Венера по данным японского зонда.
Человеческому глазу даже в телескоп не видна поверхность Венеры, так как эта планета полностью окутана плотной оболочкой непрозрачных облаков, обладающих высокой отражательной способностью (рис. 1). В отличие от Земли, где большая часть солнечной энергии поглощается на уровне поверхности, на Венере эта энергия в основном задерживается в облаках, и от отражательной способности — альбедо — этих облаков во многом зависит климат на планете.
Альбедо — мера отражательной способности поверхности: отношение потока излучения, рассеянного поверхностью по всем направлениям, к падающему на эту поверхность потоку. Эта характеристика используются при исследованиях планет и их спутников, в частности — для оценки энергетического баланса в атмосферах планет и при расчетах поглощения и рассеяния солнечного излучения. Среднее альбедо Земли составляет около 0,35. Это значит, что примерно 35% солнечной энергии, поступающей к нашей планете, отражается обратно в космос. Альбедо Венеры — 0,65–0,76.
В недавно опубликованной статье обобщается 10-летний опыт наблюдений за изменениями, происходящими в атмосфере Венеры, выполненных с помощью ультрафиолетовых сканеров, установленных на космическом аппарате Европейского космического агентства и на японской автоматической межпланетной станции, а также спектрометров американской автоматической межпланетной станции Мессенджер и космического телескопа «Хаббл».
В целом облака верхних слоев углекислотной атмосферы Венеры, состоящие в основном из сернистого газа и частиц серной кислоты, довольно плохо поглощают солнечное излучение, отражая до 75% падающего потока. Однако на их фоне наблюдаются темные пятна, в пределах которых поглощение составляет до 50% и более. Эти пятна со временем то появляются, то исчезают, меняя свое местоположение и четкость очертаний (рис. 2).
Рис. 2. Снимки видимой части Венеры, сделанные в 2006–2017 годах в диапазоне 365 нм с помощью ультрафиолетовых камер космического аппарата «Венера-экспресс» (VMC) и межпланетной станции «Акацуки» (UVI), показывают постоянные изменения конфигурации темных пятен.
Впервые темные пятна в атмосфере Венеры были обнаружены наземными телескопами более века назад. По сути — это скопления крошечных частиц неизвестной природы (их так и называют — неизвестные поглотители), формирующиеся вблизи верхнего уровня облаков и характеризующиеся широким диапазоном спектра поглощения солнечной энергии — от ультрафиолета до видимого, достигающим максимального уровня в районе 340–380 нм. Для объяснения природы темных пятен в разное время предлагались самые разные гипотезы от чисто химических до биогенных (частицы имеют примерно одинаковый размер и обладают такими же светопоглощающими свойствами, что и микроорганизмы, обнаруженные в атмосфере Земли). Гипотезу о том, что темные пятна в облаках Венеры сложены микроорганизмами, в свое время поддерживали такие крупные ученые, как американский биофизик Гарольд Моровиц и известный астроном и астрофизик Карл Саган. На поверхности Венеры условия для жизни экстремальные (температура в районе 450°C, давление больше 90 бар), но на высотах 50–65 км условия вполне приемлемые и напоминают земные, так что биогенную гипотезу нельзя просто так взять и отмести.
Ни наблюдения, ни результаты моделирования пока не смогли подтвердить правомерность той или иной гипотезы, так как ни один из видов микроорганизмов или неорганических веществ до конца не соответствует по своим спектральным характеристикам частицам темных пятен Венеры. Видимо, только появление более совершенного оборудования и новые исследовательские миссии, в рамках которых будут взяты пробы атмосферы Венеры, смогут поставить точку в этом вопросе.
Как показали результаты обсуждаемого исследования, именно увеличение или уменьшение в атмосфере Венеры количества неизвестных поглотителей, слагающих темные пятна, является главной причиной долгосрочных изменений альбедо Венеры, влияющих, в свою очередь, на климат планеты.
Авторам данной статьи удалось вывести зависимость между содержанием в верхних слоях атмосферы неизвестного поглотителя и ожидаемым показателем альбедо. Исследователям также удалось установить периодичность изменений альбедо Венеры, примерно укладывающуюся в десятилетний цикл.
В период с 2006 по 2014 год происходило непрерывное сокращение альбедо Венеры в ультрафиолетовом диапазоне: в итоге этот показатель уменьшился почти в два раза. Затем началось увеличение альбедо и в 2016–2017 годах оно достигло уровня 2008–2009 годов.
Моделирование, проведенное авторами исследования, позволило более детально воссоздать картину происходящих в атмосфере циклических изменений. Главными элементами атмосферной циркуляции Венеры являются зональные ветра, переносящие тепло между дневной и ночной сторонами планеты, и меридиональные ветра, обусловленные движением воздушных масс разной температуры между низкими и высокими широтами. Серьезное падение альбедо в 2006–2014 годах и, как следствие, увеличение количества поглощаемой атмосферой солнечной энергии (на 25–40% в высоких широтах) привело к нагреву атмосферы и росту меридионального температурного градиента между полюсами и экватором. В результате средняя скорость зональных ветров выросла с 80–90 до 110 м/с. В меньшей степени, но также увеличилась и скорость меридиональных ветров. Аналогичным образом, увеличение альбедо в период 2014–2018 годах привело к снижению солнечного нагрева атмосферы и замедлению скоростей зональных ветров до 100 м/с, а также к уменьшению меридионального температурного градиента и падению скорости меридиональных ветров. Таким образом, впервые был раскрыт сам механизм влияния альбедо на долгосрочные климатические изменения планеты Венера.
Это интересно
+3
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
Физик заявил, что на Земле живут миллионы пришельцев
(4)
TatiKa
,
26.02.2022
-
Британский ученый призывает к освоению Нептуна и Урана
(4)
фм+/
,
14.02.2022
-
NASA наймет теологов для выполнения необычного задания
(6)
TatiKa
,
10.02.2022
-
Сан-Марино может стать новой «Женевой НЛО»
(4)
фм++)
,
11.01.2022
20240427033944