Se descubre un patrón gigante en las nubes del planeta Venus

Figura 1: (izquierda) las nubes más bajas de Venus observadas con la cámara Akatsuki IR2 (después del proceso de énfasis en el borde). Las partes brillantes muestran donde la capa de nubes es delgada. Puedes ver la estructura de rayas de escala planetaria dentro de las líneas punteadas amarillas. (derecha) La estructura de rayas de escala planetaria reconstruida por simulaciones de AFES-Venus. Las partes brillantes muestran un fuerte flujo descendente. (Edición parcial de la imagen en el documento de Nature Communications. CC BY 4.0） Crédito: Nature Communications

Las cámaras de infrarrojos y las simulaciones de supercomputadoras rompen el velo de Venus 

Un grupo de investigación japonés ha identificado una estructura de vetas gigantes entre las nubes que cubren el planeta Venus basándose en la observación de la nave espacial Akatsuki. El equipo también reveló los orígenes de esta estructura utilizando simulaciones climáticas a gran escala. El grupo fue dirigido por el Profesor Asistente Hiroki Kashimura (Universidad de Kobe, Graduate School of Science) y estos resultados se publicaron el 9 de enero en Nature Communications. 

Venus a menudo es llamado el gemelo de la Tierra debido a su tamaño y gravedad similares, pero el clima en Venus es muy diferente. Venus gira en dirección opuesta a la Tierra, y mucho más lentamente (aproximadamente una rotación durante 243 días terrestres). Mientras tanto, a unos 60 km sobre la superficie de Venus, un veloz viento del este rodea el planeta en aproximadamente 4 días terrestres (a 360 km/h), un fenómeno conocido como superrotación atmosférica. 

El cielo de Venus está completamente cubierto por gruesas nubes de ácido sulfúrico que se ubican a una altura de 45-70 km, lo que dificulta observar la superficie del planeta desde telescopios y orbitadores que giran alrededor de Venus. Las temperaturas de la superficie alcanzan unos abrasadores 460 grados centígrados, un entorno hostil para cualquier observación mediante sondas que aterricen. Debido a estas condiciones, todavía hay muchas incógnitas con respecto a los fenómenos atmosféricos de Venus. 

Para resolver el rompecabezas de la atmósfera de Venus, la nave espacial japonesa Akatsuki (en japonés: あかつき tr: Amanecer) comenzó su órbita de Venus en diciembre de 2015. Uno de los instrumentos de observación de Akatsuki es una cámara infrarroja "IR2" que mide longitudes de onda de 2 μm (0.002 mm). Esta cámara puede capturar la morfología de la nube detallada de los niveles de nubes más bajos, a unos 50 km de la superficie. Los rayos ópticos y ultravioleta están bloqueados por las capas superiores de las nubes, pero gracias a la tecnología infrarroja, las estructuras dinámicas de las nubes más bajas se están revelando gradualmente. 

Recreación artística de la nave espacial Akatsuki (en japonés: あかつき tr: Amanecer) por Akihiro Ikeshita. Crédito: JAXA

Antes de que comenzara la misión Akatsuki, el equipo de investigación desarrolló un programa llamado AFES-Venus para calcular las simulaciones de la atmósfera de Venus. En la Tierra, los fenómenos atmosféricos en todas las escalas se investigan y predicen utilizando simulaciones numéricas, desde el pronóstico meteorológico diario y los informes de tifones hasta el cambio climático anticipado derivado del calentamiento global. Para Venus, la dificultad de la observación hace que las simulaciones numéricas sean aún más importantes, pero este mismo problema también dificulta la confirmación de la precisión de las simulaciones. 

AFES-Venus ya había logrado reproducir los vientos superrotacionales y las estructuras de temperatura polar de la atmósfera de Venus. Utilizando el Earth Simulator, un sistema de supercomputador proporcionado por la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marino-Terrestres (JAMSTEC), el equipo de investigación creó simulaciones numéricas con una alta resolución espacial. Sin embargo, debido a la baja calidad de los datos de observación antes de Akatsuki, era difícil probar si estas simulaciones eran reconstrucciones precisas. 

Este estudio comparó datos observacionales detallados de los niveles de nubes más bajas de Venus tomadas por la cámara IR2 de Akatsuki con las simulaciones de alta resolución del programa AFES-Venus. La parte izquierda de la Figura 1 muestra los niveles de nube más bajos de Venus capturados por la cámara IR2. Hay que tener en cuenta las rayas gigantes casi simétricas en los hemisferios norte y sur. Cada racha es de cientos de kilómetros de ancho y se extiende en diagonal a casi 10.000 kilómetros de ancho. Este patrón fue revelado por primera vez por la cámara IR2, y el equipo lo ha denominado estructura de racha a escala planetaria. Esta escala de estructura de rayas nunca se ha observado en la Tierra, y podría ser un fenómeno exclusivo de Venus. Usando las simulaciones de alta resolución de AFES-Venus, el equipo reconstruyó el patrón (Figura 1, lado derecho). 

A continuación, a través de análisis detallados de los resultados de la simulación de AFES-Venus, el equipo reveló el origen de esta estructura de racha gigante. La clave de esta estructura es un fenómeno estrechamente relacionado con el clima cotidiano de la Tierra: las corrientes de chorro polar. En las latitudes medias y altas de la Tierra, una dinámica de vientos a gran escala (inestabilidad baroclínica) forma ciclones extratropicales, sistemas migratorios de alta presión y corrientes de chorro polar. Los resultados de las simulaciones mostraron que funcionaba el mismo mecanismo en las capas de nubes de Venus, lo que sugiere que las corrientes en chorro pueden formarse en latitudes altas. En latitudes más bajas, una onda atmosférica debido a la distribución de flujos a gran escala y el efecto de rotación planetaria (onda de Rossby) genera grandes vórtices en el ecuador a latitudes de 60 grados en ambas direcciones (figura 2, izquierda). Cuando se agregan corrientes de chorro a este fenómeno, los vórtices se inclinan y se estiran, y la zona de convergencia entre los vientos del norte y del sur se forma como una racha. El viento de norte a sur que es empujado hacia afuera por la zona de convergencia se convierte en un fuerte flujo descendente, que resulta en la estructura de la racha a escala planetaria (figura 2, derecha). La onda de Rossby también se combina con una gran fluctuación atmosférica localizada sobre el ecuador (onda de Kelvin ecuatorial) en los niveles de nubes más bajas, preservando la simetría entre los hemisferios. 

Figura 2: El mecanismo de formación para la estructura de rayas de escala planetaria. Los vórtices gigantes causados ​​por las ondas de Rossby (izquierda) están inclinados por los chorros de alta latitud y se extienden (derecha). Dentro de los vórtices estirados, se forma la zona de convergencia de la estructura de vetas, se produce un flujo descendente y las nubes más bajas se adelgazan. Venus gira en dirección oeste, por lo que las corrientes en chorro también vuelan hacia el oeste. Crédito: Universidad de Kobe

Este estudio reveló la estructura de vetas gigantes en la escala planetaria en los niveles de nubes más bajas de Venus, reprodujo esta estructura con simulaciones y sugirió que esta estructura de vetas se forma a partir de dos tipos de fluctuaciones atmosféricas (ondas), inestabilidad baroclínica y corrientes de chorro. La exitosa simulación de la estructura de rayas a escala planetaria formada a partir de múltiples fenómenos atmosféricos es una prueba de la precisión de las simulaciones para los fenómenos individuales calculados en este proceso. 

Hasta ahora, los estudios sobre el clima de Venus se han centrado principalmente en los cálculos promedio de este a oeste. Este hallazgo ha elevado el estudio del clima de Venus a un nuevo nivel en el que la discusión de la estructura tridimensional detallada de Venus es posible. El siguiente paso, a través de la colaboración con Akatsuki y AFES-Venus, es resolver el rompecabezas del clima de la gemela Venus de la Tierra, velada en la espesa nube de ácido sulfúrico. 

Publicación: " Estructura de rayas de escala planetaria reproducida en simulaciones de alta resolución de la atmósfera de Venus con una capa de baja estabilidad " 

Autores: Hiroki Kashimura, Norihiko Sugimoto, Masahiro Takagi, Yoshihisa Matsuda, Wataru Ohfuchi, Takeshi Enomoto, Kensuke Nakajima, Masaki Ishiwatari, Takao M. Sato, George L. Hashimoto, Takehiko Satoh, Yoshiyuki Y. 

Revista: Nature Communications

Fuente: universidad de Kobe,