金星大气有何神秘之处?更深入地观察金星的云层!

2019-07-05| 发布者: 水晶源| 查看: 77

金星以其覆盖整个行星的硫酸云团和以每小时数百公里速度移动的超高速风而闻名,但我们邻近行星厚厚的云层使得科学家很难深入观察它的大气层。现在,研究人员利用红外图像来探测金星云层的中层,发现了一些意想不到的惊喜。这项发表在AGU《地球物理研究快报》上的新研究发现,这一中层云层显示出多种随时间变化的云型,与金星云层的上层非常不同,后者通常用紫外线图像进行研究。研究还发现,中层云的反照率发生了变化,或者说它们反射回太空的阳光量发生了变化,这可能表明存在吸收太阳辐射的水、甲烷或其他化合物。

中间云层的运动,结合之前观测,使研究人员能够重建出一幅金星上10年风的图片,显示出金星中间云层的超高速风在赤道处是最快的,而且和上面的云一样,速度会随着时间而改变。这些新观测结果可以帮助科学家更好地了解我们的邻近行星,并为其他具有类似特征的行星和系外行星提供线索。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA) ITYF研究员、这项新研究的主要作者哈维尔·佩拉尔塔(Javier Peralta)说:我们观察到了完全意想不到的事件,发现,中间的云层并不像之前任务中发现的那样那么安静或无聊。

观察金星的云层

这项新研究使用了日本宇宙航空研究开发机构的赤月航天器拍摄图像。赤月航天器于2015年12月抵达金星,其主要目标是了解金星的超级自转。超级自转是一种令人困惑的现象,在土卫六和许多系外行星上也能看到这种现象,它使大气的移动速度比固体行星快得多。金星需要243个地球日才能完成一次自转。然而,这颗行星的大气层绕金星一周只需要4个地球日——大约比行星自转速度快60倍。在这项新的研究中,研究人员分析了赤月相机在一年多的时间里拍摄近1000张金星云层的红外图像。这架照相机的设计初衷是为了观察位于地球表面50至55公里高空的中层云层。红外线波长的光子在被反射之前可以穿透云层更深,这使得科学家可以更深入地观察云层。

之前研究金星最上层云层的任务曾瞥见过中层云层,但未能利用红外图像对其进行长时间的清晰观察。为了观察中天云团是如何演变的,观察它们的时间比以前任务要长。赤月拍摄的新照片显示,中层云层会随着时间的推移而变化,这与金星的上层云层也有很大不同,后者位于约70公里的高度。有时,图像显示的是被明亮云层侵入的较暗云带,这些云带有时呈现出漩涡状或斑驳状。这些观测结果暗示了对流,即大气中热量和水分的垂直运动。在地球上,对流可以引起雷暴。在其他时候,这些图像显示的云湍流程度较低,呈现出均匀的明亮或无特征,带有多条条纹。从2016年4月到5月,金星北半球每隔四五天就会周期性地变暗。

根据这项新研究,科学家们此前并没有观察到半球之间的这种差异,其原因还有待确定。这些图像还显示了其他罕见的云特征,包括2016年5月和10月在北半球延伸超过7300公里的钩状暗丝。赤月还在云层反照率中发现了意想不到的高反差。这项新研究表明,云层中可能存在能够吸收红外线波长的化合物,或者云层厚度可能发生变化。科学家们还将赤月的照片与业余观测者的观测结果,以及欧洲航天局(ESA)的“金星快车”(Venus Express)和美国宇航局(NASA)的“信使号”(MESSENGER)等以往的任务相结合,重建了10年来金星的风场。发现,在金星的中央云中,超级旋转的风在赤道处有时是最快的,在几个月时间里,速度可以改变高达每小时50公里。

了解金星的超级自转

这些发现可以帮助科学家更好地理解金星的超级自转。佩拉尔塔认为,金星表面的摩擦阻力和山波,以及太阳周期性的加热,可能是维持超级自转的关键因素,因为它们减缓或加速了风的速度,并定义了它的长期演化。由于大部分太阳能都被云层吸收,而且那里也出现了速度最快的超旋转风,研究云层的几层对理解风是至关重要。

科学家们怀疑金星云层和反照率的变化可能与行星的超旋转有关,以及风的动量和能量是如何传输的。揭示金星超级自转的原因及其与失控温室效应之间的潜在联系,可能有助于科学家了解地球上与气候变化有关的变化。这一发现还可以揭示太阳系中其他天体的大气超旋转,比如土星的卫星泰坦,以及离太阳系非常近的系外行星。

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