Hallo Zusammen,
Riesenmuster in den Wolken des Planeten Venus entdeckt.Infrarotkameras und Supercomputer-Simulationen durchbrechen den Schleier von Venus.
Eine japanische Forschergruppe hat eine riesige Streifenstruktur zwischen den Wolken, die den Planeten Venus bedecken, basierend auf Beobachtungen des Raumfahrzeugs Akatsuki identifiziert. Das Team zeigte auch die Ursprünge dieser Struktur anhand von Klimasimulationen im großen Maßstab auf. Die Gruppe wurde vom
Projektassistenten Professor Hiroki Kashimura (Kobe University, Graduate School of Science) geleitet und diese Ergebnisse wurden am 9. Januar 2019 in Nature Communications veröffentlicht.
Venus wird aufgrund ihrer ähnlichen Größe und Schwerkraft oft als Zwilling der Erde bezeichnet. Das Klima auf der Venus ist jedoch sehr unterschiedlich. Die Venus dreht sich in die entgegengesetzte Richtung zur Erde und viel langsamer (etwa eine Umdrehung für 243 Tage der Erde). In etwa 60 km über der Oberfläche der Venus umkreist ein schneller Ostwind den Planeten in etwa 4 Tagen der Erde (bei 360 km / h), ein Phänomen, das als atmosphärische Superrotation bekannt ist.
Der Himmel der Venus ist vollständig von dicken Schwefelsäurewolken bedeckt, die sich in einer Höhe von 45 bis 70 km befinden. Daher ist es schwierig, die Oberfläche des Planeten von erdgestützten Teleskopen und Orbitern zu beobachten, die die Venus umgeben. Die Oberflächentemperaturen erreichen sengende 460 Grad Celsius, eine raue Umgebung für alle Beobachtungen mit Eingangssonden. Aufgrund dieser Bedingungen gibt es noch viele Unbekannte bezüglich der atmosphärischen Phänomene der Venus.
Um das Rätsel der Atmosphäre der Venus zu lösen, begann die japanische Raumsonde Akatsuki im Dezember 2015 ihre Umlaufbahn um die Venus. Eines der Beobachtungsinstrumente von Akatsuki ist die Infrarotkamera „IR2“, die Wellenlängen von 2 μm (0,002 mm) misst. Diese Kamera kann eine detaillierte Wolkenmorphologie der unteren Wolkenstufen erfassen, die etwa 50 km von der Oberfläche entfernt sind. Optische und ultraviolette Strahlen werden durch die oberen Wolkenschichten blockiert. Dank der Infrarottechnologie werden jedoch allmählich dynamische Strukturen der unteren Wolken sichtbar.
Vor Beginn der Akatsuki-Mission entwickelte das Forschungsteam ein Programm namens AFES-Venus zur Berechnung von Simulationen der Venusatmosphäre. Auf der Erde werden atmosphärische Phänomene auf jeder Skala mit numerischen Simulationen erforscht und vorhergesagt, von der täglichen Wettervorhersage und den Taifunberichten bis hin zum erwarteten Klimawandel, der sich aus der globalen Erwärmung ergibt. Für Venus sind numerische Simulationen aufgrund der Schwierigkeit der Beobachtung sogar noch wichtiger, aber ebenso schwierig ist es, die Genauigkeit der Simulationen zu bestätigen.
AFES-Venus war es bereits gelungen, superrotational Winde und polare Temperaturstrukturen der Venus-Atmosphäre zu reproduzieren. Mit dem Earth Simulator, einem Supercomputersystem der
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), erstellte das Forschungsteam numerische Simulationen mit einer hohen räumlichen Auflösung. Aufgrund der geringen Qualität der Beobachtungsdaten
vor Akatsuki war es jedoch schwer nachzuweisen, ob diese Simulationen eine genaue Rekonstruktionen waren.
In dieser Studie wurden detaillierte Beobachtungsdaten der unteren Venus-Wolken der
Akatsuki-Kamera IR2 mit den hochauflösenden Simulationen des AFES-Venus-Programms verglichen. Der linke Teil von Abbildung 1 zeigt die von der IR2-Kamera erfassten niedrigeren Wolkenniveaus der Venus. Auffallend sind die fast symmetrischen Riesenstreifen auf der nördlichen und südlichen Hemisphäre. Jeder Streifen ist hunderte Kilometer breit und erstreckt sich schräg über fast 10.000 Kilometer. Dieses Muster wurde erstmals von der IR2-Kamera entdeckt und vom Team als Streifenkonstruktion im planetarischen Maßstab bezeichnet. Diese Skala der Streifenstruktur wurde auf der Erde nie beobachtet und könnte ein Phänomen sein, das für Venus einzigartig ist. Mit den hochauflösenden AFES-Venus-Simulationen rekonstruierte das Team das Muster (Abbildung 1 rechts). Die Ähnlichkeit zwischen dieser Struktur und den Kamerabetrachtungen belegt die Genauigkeit der AFES-Venus-Simulationen.
Die Abbildung 1 zeigt links die unteren Wolken der Venus, die mit der
Akatsuki IR2-Kamera beobachtet wurden (nach dem
edge-emphasis process (Kantenhervorhebungsprozess ?). Die hellen Bereiche zeigen, wo die Wolkendecke dünn ist. Sie können die Streifenstruktur im Planetenmaßstab innerhalb der gelben gepunkteten Linien sehen. (rechts) Die durch AFES-Venus-Simulationen rekonstruierte Streifenstruktur im planetarischen Maßstab. Die hellen Teile zeigen eine starke Abflussströmung.
Credit: Nature Communications; Partial editing of image in the Nature Communications paper. CC BY 4.0 Durch detaillierte Analysen der AFES-Venus-Simulationsergebnisse konnte das Team den Ursprung dieser Riesenstreifenstruktur aufzeigen. Der Schlüssel zu dieser Struktur ist ein Phänomen, das eng mit dem täglichen Wetter der Erde verbunden ist: Polarstrahlströme. In mittleren und hohen Breiten der Erde bildet eine großräumige Dynamik der Winde (baroklinische Instabilität) extratropische Zyklone, wandernde Hochdrucksysteme und Polarstrahlströme. Die Ergebnisse der Simulationen zeigten den gleichen Mechanismus bei der Arbeit in den Wolkenschichten der Venus, was darauf hindeutet, dass sich Jetströme in hohen Breiten bilden können. In niedrigeren Breiten erzeugt eine atmosphärische Welle aufgrund der Verteilung großräumiger Strömungen und des Planetenrotationseffekts (Rossby-Welle) große Wirbel über den Äquator bis zu Breitengraden von 60 Grad in beide Richtungen (Abbildung 2, links). Wenn zu diesem Phänomen Jetströme hinzugefügt werden, neigen und strecken sich die Wirbel, und die Konvergenzzone zwischen Nord- und Südwind bildet einen Streifen. Der Nord-Süd-Wind, der durch die Konvergenzzone herausgedrückt wird, wird zu einer starken Abwärtsströmung, die zu einer Streifenkonstruktion im planetarischen Maßstab führt (Abbildung 2, rechts). Die Rossby-Welle verbindet sich auch mit einer großen atmosphärischen Schwankung, die sich über dem Äquator (äquatoriale Kelvin-Welle) in den unteren Wolkenebenen befindet, wodurch die Symmetrie zwischen den Hemisphären erhalten bleibt.
Abbildung 2: Der Formationsmechanismus für die Streifenstruktur im planetarischen Maßstab. Die riesigen Wirbel, die durch Rossby-Wellen (links) verursacht werden, werden durch die Jetstreams mit hoher Breite gekippt und strecken sich (rechts). Innerhalb der gestreckten Wirbel bildet sich die Konvergenzzone der Streifenstruktur, es tritt ein Abwärtsstrom auf und die unteren Wolken werden dünn. Die Venus dreht sich nach Westen, so dass die Jetströme auch nach Westen wehen.
Credit: CC BY 4.0Diese Studie enthüllte die gigantische Streifenstruktur auf der Planetenskala in den unteren Wolkenebenen der Venus, replizierte diese Struktur mit Simulationen und legte nahe, dass diese Streifenstruktur aus zwei Arten von atmosphärischen Fluktuationen (Wellen), barokliner Instabilität und Jetströmen, gebildet wird. Die erfolgreiche Simulation der Streifenstruktur im planetarischen Maßstab, die aus mehreren atmosphärischen Phänomenen gebildet wird, ist ein Beleg für die Genauigkeit der Simulationen für einzelne in diesem Prozess berechnete Phänomene.
Bisher konzentrierten sich die Untersuchungen des Venus-Klimas hauptsächlich auf Durchschnittsberechnungen von Ost nach West. Diese Erkenntnis hat die Untersuchung des Venusklimas auf eine neue Ebene gehoben, auf der eine Diskussion der detaillierten dreidimensionalen Struktur der Venus möglich ist. Der nächste Schritt besteht in Zusammenarbeit mit Akatsuki und AFES-Venus darin, das Rätsel um das Klima vom Zwilling der Erde zu lösen, die in der dicken Wolke aus Schwefelsäure verhüllt ist.
Quellen:
http://www.kobe-u.ac.jp/research_at_kobe_en/NEWS/news/2019_01_09_01.htmlhttps://www.nature.com/articles/s41467-018-07919-y https://www.nature.com/articles/s41467-018-07919-y.pdfhttps://www.jamstec.go.jp/es/en/index.htmlMit besten Grüßen
Gertrud
