Vênus - Akatsuki e análise de simulações numéricas

Descobrindo a causa de uma característica em forma de arco em Vênus: Observações da Venus Climate Orbiter "Akatsuki" e análise de simulações numéricas

Em dezembro de 2015, a câmera de infravermelho de onda longa (LIR) montada no Venus Climate Orbiter "Akatsuki" descobriu um formato em forma de arco que se estendia por cerca de 10.000 km na direção norte-sul. Esse padrão permaneceu quase no mesmo lugar durante o período de observação de quatro dias, sem ser afetado pelo vento oriental (super-rotação) na atmosfera de Vênus. O exame usando simulações numéricas sugeriu que a turbulência na baixa atmosfera gera ondas que se propagam pela atmosfera. As ondas se propagam para o norte e para o sul através do céu, criando uma distribuição de temperatura em forma de arco que passa pela extremidade superior das nuvens a uma altitude de cerca de 65 km. Este estudo mostrou que o estado da baixa atmosfera de Vênus pode ser inferido a partir de observações de seus topos de nuvens.

O resultado desta pesquisa foi publicado em 17 de janeiro de 2017 na edição online da revista científica britânica Nature Geoscience .

Figura 1: Imagens de Vênus tiradas pela Akatsuki em dezembro de 2015
Observações feitas pela câmera infravermelha de onda longa (LIR, nota 1) montada no Venus Climate Orbiter "Akatsuki" descobriu uma formação em forma de arco que se estendia por cerca de 10.000 km em direção norte-sul em dezembro de 2015.

Foi confirmado que o LIR descobriu uma formação em forma de arco que se estendia em uma direção norte-sul que permaneceu no lugar sem ser varrida pela super-rotação, um vento leste de cerca de 100 m / s, durante o período de observação inicial. Pesquisadores que viram as imagens retornadas ficaram surpresos, dizendo coisas como "Nunca vimos algo assim, em qualquer planeta" e "O que poderia ser isso?"

Pesquisadores de ciência planetária e meteorologia estavam altamente interessados, imaginando por que mecanismo uma estrutura de temperatura em larga escala poderia se formar.

LIR é uma forma de termografia com sensibilidade próxima a comprimentos de onda de 10 μm. A observação no LIR permite distinguir entre as temperaturas de topo da nuvem em Vénus e uma diferença de temperatura de 0,3 ° C.

Enquanto isso, o imageador ultravioleta (UVI, nota 2) a bordo da Akatsuki é uma câmera que capta raios ultravioletas em comprimentos de onda de 283 e 365 nm. Através de observações com o UVI, podemos investigar a distribuição de substâncias desconhecidas que se acredita estarem localizadas perto da mesma altitude das observações do LIR.

As observações iniciais do LIR e do UVI foram conduzidas por quatro dias, de 7 a 10 de dezembro de 2015. A equipe de pesquisa examinou as características da estrutura em forma de arco aplicando uma técnica de processamento de imagem chamada filtro passa-altas às imagens adquiridas e enfatizando estrutura inconspícua. Como resultado, foi confirmado que a estrutura em forma de arco apareceu geograficamente no mesmo lugar por quatro dias, e não foi afetada pela super rotação. Embora as imagens fracas de UVI também confirmem a estrutura em forma de arco.

Comparando a topografia de Vênus com a localização da estrutura em forma de arco, determinamos que o centro da estrutura estava localizado logo acima do continente venusiano chamado Afrodite Terra, que atinge uma altitude de aproximadamente 5 km (Fig. 2).

Para investigar a causa da estrutura em forma de arco observada, os pesquisadores realizaram simulações numéricas de uma atmosfera venusiana simplificada e investigaram sob quais condições tal estrutura poderia ocorrer.

Assumindo variações de pressão locais para a baixa atmosfera a uma altitude de 10 km, as simulações revelaram que uma "onda gravitacional" apareceu no céu. Ao atingir uma altitude de 65 km, essa onda se espalhou pelo céu em forma de arco (Fig. 3). Em outras palavras, as mudanças de pressão atmosférica mais baixas em uma área limitada se propagam por toda a atmosfera, criando, em última análise, a grande estrutura em forma de arco.

Na Terra, por exemplo, os satélites artificiais podem observar ondas de gravidade a sotavento das montanhas dos Andes. No entanto, a estrutura em forma de arco encontrada em Vênus era muito maior. Espera-se que tais ondas afetem a atmosfera muito acima da camada de nuvens.

A estrutura em forma de arco observada em dezembro de 2015 não foi mais observada a partir de janeiro de 2016, mas observações pouco claras de uma estrutura semelhante foram feitas em outro local e em outra ocasião. A equipe de pesquisa especula que condições específicas são necessárias para o surgimento dessas estruturas.

Esclarecer todos os aspectos do mecanismo de geração de tais estruturas em forma de arco requererá estreitar as condições sob as quais elas ocorrem. Para fazer isso, a equipe precisa de mais dados de maiores coberturas de tempo e área. A equipe de observação melhorou a programação de observação e as observações de estruturas em forma de arco. Ao analisar esses dados e realizar simulações mais detalhadas, esperamos avançar nossa compreensão do clima de baixa atmosfera de Vênus, que é a fonte dessas ondas.

Figura 2: Processamento de imagens aplicado às imagens LIR
a partir de 7 de dezembro de 2015, enfatizando o padrão
em forma de arco e mapeando-o contra o terreno.
A distância entre as linhas de contorno do terreno é de 1 km.
Estas imagens mostram que a estrutura observada aparece acima das terras a
ltas (a parte ocidental do continente venusiano Afrodite Terra).
Figura 3: (Esquerda) Abaixo do padrão em forma de arco visto nas imagens de observação
LIR de 7 de dezembro de 2015 há uma área de terras altas chamada Afrodite Terra.
(Direita) O padrão em forma de arco em torno de uma altitude de 65 km
reproduzido por simulação em computador. Quando a turbulência atmosférica
ocorre na camada inferior da atmosfera venusiana,
as ondas geradas se propagam pelo céu e se espalham em forma de arco.


Glossário
Nota 1: Câmera infravermelha de ondas longas (LIR)

A Universidade Rikkyo, ISAS / JAXA e outros institutos desenvolveram um método de termografia para capturar raios infravermelhos em um comprimento de onda de 10 μm. Um detector chamado de microbolômetro não resfriado é adotado, percebendo a compactação e redução de peso que são indispensáveis ​​para instalações de naves espaciais. Este foi o primeiro microbolômetro desenvolvido com base na popular tecnologia de consumo, e se tornou o primeiro produto desse tipo equipado em uma espaçonave. A câmera LIR pode distinguir diferenças de temperatura de 0,3 ° C no alvo de observação, os topos de nuvem de Vênus, que têm temperaturas em torno de - 40 ° C. Primeiro colocado em prática na Akatsuki, uma câmera similar também foi montada no explorador de asteróides "Hayabusa 2", sob o nome "TIR". Desde a câmera LIR, muitos dispositivos similares equipados com microbolômetros não resfriados foram desenvolvidos para montagem em naves espaciais da próxima geração. Estes foram instalados em satélites de observação da Terra e estão sendo cada vez mais utilizados no campo do espaço.

Nota 2: imager ultravioleta UVI

Hokkaido University e JAXA desenvolveram câmeras que capturam raios ultravioleta em comprimentos de onda de 283 e 365 nm. O dióxido de enxofre e substâncias químicas desconhecidas que absorvem os comprimentos de onda ultravioleta estão relacionados à formação de nuvens em Vênus. Este gerador de imagens utiliza raios ultravioletas para capturar a distribuição desses materiais e determinar as distribuições de velocidade do vento a partir de suas variações nas altitudes de nuvens.

Referência de informação

The article is a translation of the content of this work: Finding the cause of a bow-shaped feature on Venus: Observations by the Venus Climate Orbiter "Akatsuki" and analysis of numerical simulations, isas.jaxa.jp


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