Долгосрочные колебания альбедо Венеры отражаются на ее климате
Долгосрочные колебания альбедо Венеры отражаются на ее климате

Рис. 1. Слева — облачный покров Венеры в ультрафиолетовых лучах, снимок сделан в 1979 году космическим аппаратом «Пионер-Венера-1»; фото с сайта ru.wikipedia.org. Справа — составное изображение Венера по данным японского зонда «Акацуки»; фото с сайта phys.org

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.

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

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 статье, опубликованной недавно в журнале The Astronomical Journal, обобщается 10-летний опыт наблюдений за изменениями, происходящими в атмосфере Венеры, выполненных с помощью ультрафиолетовых сканеров, установленных на космическом аппарате Европейского космического агентства «Венера-экспресс» и автоматической межпланетной станции Японского агентства аэрокосмических исследований «Акацуки», а также спектрометров американской автоматической межпланетной станции «Мессенджер» (основной целью которой был Меркурий, см. картинку дня Картографирование Меркурия) 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).

Долгосрочные колебания альбедо Венеры отражаются на ее климате
Долгосрочные колебания альбедо Венеры отражаются на ее климате

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. Слева — шкала альбедо от темного (0,0) до светлого (0,9); α— фазовый угол в момент наблюдения (чем больше фазовый угол, тем меньшая площадь планеты видна наблюдателю). Рисунок из обсуждаемой статьи в The Astronomical Journal

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 (образование в результате атмосферных реакций в верхних слоях атмосферы скоплений хлорида железа, аллотропов серы, диоксида серы и т. д.) 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 (Harold J. Morowitz) 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 на основе моделирования удалось вывести зависимость между содержанием в верхних слоях атмосферы неизвестного поглотителя и ожидаемым показателем альбедо (рис. 3).

Долгосрочные колебания альбедо Венеры отражаются на ее климате

Рис. 3. Зависимость ожидаемого показателя альбедо (при условном фазовом угле 88°) от количества неизвестного поглотителя в атмосфере (f). За единицу принято среднее за период наблюдений значение f. Три горизонтальные пунктирные линии показывают максимальное (синий), среднее (черный) и минимальное (красный) наблюдаемые значения альбедо. Рисунок из обсуждаемой статьи в The Astronomical Journal

Исследователям также удалось установить периодичность изменений альбедо Венеры, примерно укладывающуюся в десятилетний цикл (рис. 4).

Долгосрочные колебания альбедо Венеры отражаются на ее климате
Долгосрочные колебания альбедо Венеры отражаются на ее климате

Рис. 4. Долгосрочные вариации альбедо на длине волны 365 нм для разных широтных зон Венеры (50–70° Ю. Ш. и 0–30° Ю. Ш.) при фазовых углах 75–80о (слева) и 85–90о (справа). Закрашенные символы — данные космического аппарата «Венера-экспресс» (VMC); пустые символы — данные межпланетной станции «Акацуки» (UVI). Рисунок из обсуждаемой статьи в The Astronomical Journal

В период с 2006 по 2014 год происходило непрерывное сокращение альбедо Венеры в ультрафиолетовом диапазон: 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.

В качестве основы для моделирования использовалась последняя версия Глобальной климатической модели Венеры (Venus GCM — Venus Global Climate Model), разработанной в Институте Лапласа (Institut Pierre Simon Laplace, см.: I. Garate-Lopez, S. Lebonnois, 2018. Latitudinal variation of clouds’ structure responsible for Venus’ cold collar).

Авторы отмечают, что, с их точки зрения, изменения ультрафиолетового альбедо Венеры могут быть связаны с изменениями содержания в верхней зоне облаков газообразного диоксида серы (SO2), непосредственно влияющего на образование аэрозоля H2SO4–H2O, а также с солнечным циклом и вариациями плотности галактических космических лучей. Какими бы ни были состав и природа темных пятен в атмосфере Венеры, ясно, что они оказывают существенное влияние на климат на этой планете, и интенсивность вариаций этого климата существенно выше, чем климатические изменения на Земле.

Источник: elementy.ru

16 КОММЕНТАРИИ

  1. I’m not that much of a online reader to be honest but your blogs
    really nice, keep it up! I’ll go ahead and
    bookmark your website to come back later. Many thanks

  2. My brother recommended I might like this web site. He was entirely right.

    This post truly made my day. You cann’t imagine just how much time I had spent
    for this info! Thanks!

  3. Hello! I understand this is kind of off-topic however I had to ask.
    Does operating a well-established blog such as yours take a large amount of
    work? I’m completely new to writing a blog however I do write in my journal every day.

    I’d like to start a blog so I can share my personal experience and views
    online. Please let me know if you have any kind of suggestions or tips for new aspiring blog owners.

    Thankyou!

  4. Hi, I do think this is a great web site. I stumbledupon it 😉 I will revisit
    yet again since i have bookmarked it. Money and freedom is the greatest way to change, may you be rich
    and continue to guide other people.

  5. I’ve been surfing online greater than 3 hours nowadays, but I by no means discovered any fascinating article like yours.
    It is pretty price sufficient for me. In my view, if all site owners and bloggers made excellent
    content as you did, the web will be a lot more helpful than ever before.

  6. You are so interesting! I do not believe I have read through anything like this before.
    So wonderful to find another person with original thoughts
    on this issue. Seriously.. many thanks for starting this up.
    This site is one thing that is needed on the internet, someone with some originality!

  7. When I initially left a comment I appear to have clicked on the -Notify me when new comments are added- checkbox and
    now each time a comment is added I recieve four emails with
    the exact same comment. There has to be a way you can remove me from that service?
    Appreciate it!

  8. With havin so much content and articles do you ever run into
    any issues of plagorism or copyright infringement? My site has
    a lot of completely unique content I’ve either created myself or outsourced but
    it looks like a lot of it is popping it up all over the web without my agreement.

    Do you know any methods to help stop content from being ripped off?
    I’d certainly appreciate it.

  9. Wow, superb blog structure! How lengthy have you ever been blogging for?
    you make blogging glance easy. The overall glance of your web
    site is great, let alone the content material!

  10. Nice blog here! Also your web site loads up very
    fast! What web host are you using? Can I get your affiliate link to your host?
    I wish my site loaded up as fast as yours lol

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

девятнадцать + четырнадцать =