Resultater fra Venus Express-rumfartøjet, opnået, da det - i håndværkets sidste måneder - surfede på den tætte atmosfære i Venus.
Kunstnerens koncept af Venus Express-rumfartøjs-aerobraking i Venus 'tætte atmosfære. Billede via ESA - C. Carreau
Husker du i 2014, da forskere fra Det Europæiske Rumorganisation (ESA) lod deres Venus Express-rumfartøj - som havde kredset omkring Venus siden 2006 - komme så tæt på planetens tætte atmosfære, at det oplevede atmosfærisk træk? Denne manøvre er kendt som 'Aerobraking', og i denne måned annoncerede ESA nogle af de endelige resultater, der blev sendt tilbage af Venus Express, inden dens endelige fald i planetens overflade. Dataene viser, at planetens atmosfære ripples med atmosfæriske bølger og koldere end overalt på Jorden. Tidsskriftet Naturfysik offentliggjorde resultaterne den 11. april 2016.
ESAs Venus Express-mission var beregnet til at vare 500 dage, men fartøjet brugte i sidste ende otte år på at udforske Venus fra kredsløb, før den løb tør for brændstof. Så begyndte sjovet virkelig. Håndværket begyndte en kontrolleret nedstigning, dyppede længere og længere ind i Venus 'atmosfære. Fartøjet brugte sit ombord accelerometre at måle sin egen deceleration som den aerobrakedeller surfet gennem planetens øvre atmosfære.
Ingo Müller-Wodarg fra Imperial College London, UK, hovedforfatter af undersøgelsen, sagde i en erklæring fra ESA:
Aerobraking bruger atmosfærisk træk for at bremse et rumfartøj, så vi var i stand til at bruge accelerometermålingerne til at udforske tætheden i Venus 'atmosfære.
Ingen af Venus Express 'instrumenter var faktisk designet til at foretage sådanne observationer på stedet. Vi indså først i 2006 - efter lanceringen - at vi kunne bruge Venus Express-rumfartøjet som helhed til at gøre mere videnskab.
I slutningen af 1970'erne indsamlede et tidligt rumfartøj - NASAs Pioneer Venus - data om Venus 'atmosfære, men kun nær planetens ækvator. Dataene blev brugt til at skabe en model for, hvordan Venus atmosfære fungerer.
I mellemtiden var atmosfæren over polerne aldrig før blevet undersøgt in situ. Müller-Wodarg og kolleger samlet deres observationer, mens Venus Express befandt sig i en polær bane, i en højde omkring 130 km over Venus 'polære regioner, fra 18. juni til 11. juli 2014.
Kortlægger tæthedsbølgerne i Venus 'nedre termosfære. Billedkredit: ESA / Venus Express / VExADE / Müller-Wodarg et al., 2016
Disse nye målinger blev brugt til at teste den ældre model, og som altid sker, når vi ser naturen mere detaljeret, fik forskere overraskelser.
De fandt, at atmosfæren over Venus 'poler var meget koldere end forventet, med en gennemsnitlig temperatur på ca. -250 Fahrenheit (-157 ° C). De seneste temperaturmålinger af Venus Express's SPICAV-instrument (SPectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Venus) stemmer overens med denne konstatering.
Den polære atmosfære er heller ikke så tæt som forventet; 130 km i højde er det 22% mindre tæt end forudsagt. Lidt højere, og det er endnu mindre tæt end forudsagt. Müller-Wodarg sagde:
Disse lavere densiteter kan i det mindste delvis skyldes Venus's polære virvler, som er stærke vindsystemer, der sidder nær planetens poler. Atmosfæriske vinde gør muligvis densitetsstrukturen både mere kompliceret og mere interessant!
Derudover viste det sig, at den polære region var domineret af stærke atmosfæriske bølger, et fænomen, der antages at være nøglen til at forme planetariske atmosfærer, herunder Jordens. Holdet brugte Venus Express-data til at studere, hvordan de atmosfæriske tætheder ændrede sig og blev forstyrrede over tid, og de fandt to forskellige typer bølger: atmosfæriske tyngdekraftsbølger og planetariske bølger. Deres erklæring forklarede:
Atmosfæriske tyngdekraftsbølger ligner bølger, vi ser i havet, eller når man kaster sten i en dam, bevæger man sig kun lodret snarere end vandret. De er i det væsentlige en krusning i densitet i en planetarisk atmosfære - de rejser fra lavere til højere højder, og når densiteten falder med højden, bliver de stærkere, når de stiger.
Den anden type, planetbølger, er forbundet med en planetens spin, når den drejer på sin akse; dette er bølger i større skala med perioder på flere dage.
Vi oplever begge typer på Jorden. Atmosfæriske tyngdekraftbølger forstyrrer vejret og forårsager turbulens, mens planetbølger kan påvirke hele vejr- og trykksystemer. Begge er kendt for at overføre energi og fart fra en region til en anden, og det vil sandsynligvis være enormt indflydelsesrige i udformningen af en planetarisk atmosfære.
Venus Express mistede kontakten med Jorden i november 2014, og missionen sluttede officielt i december 2014. Det vil blive husket for aerobraking manøvren, som var ESAs første aerobraking oplevelse.
ESA siger, at dens ExoMars-mission - der blev lanceret i sidste måned - bærer et instrument kaldet en Trace Gas Orbiter, der vil bruge en lignende teknik. Håkan Svedhem fungerer som projektforsker for både ExoMars 2016 og Venus Express-missionerne. Han sagde:
Under denne aktivitet vil vi udtrække lignende data om Mars 'atmosfære, som vi gjorde på Venus.
For Mars ville aerobraking-fasen vare længere end på Venus, i cirka et år, så vi får et komplet datasæt af Mars 'atmosfæriske tætheder, og hvordan de varierer med sæson og afstand fra solen.