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    Patrón gigante descubierto 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 los bordes). Las partes brillantes muestran dónde la capa de nubes es delgada. Puede ver la estructura de la raya a escala planetaria dentro de las líneas de puntos amarillas. (derecha) La estructura de rayas a escala planetaria reconstruida por simulaciones AFES-Venus. Las partes brillantes muestran un fuerte flujo descendente. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza . CC BY 4.0

    Un grupo de investigación japonés ha identificado una estructura de rayas 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 mediante simulaciones climáticas a gran escala. El grupo fue dirigido por el profesor asistente del proyecto Hiroki Kashimura (Universidad de Kobe, Graduate School of Science) y estos hallazgos fueron publicados el 9 de enero en Comunicaciones de la naturaleza .

    Venus a menudo se llama gemelo de la Tierra debido a su tamaño y gravedad similares, pero el clima de Venus es muy diferente. Venus gira en dirección opuesta a la Tierra, y mucho más lentamente (alrededor de 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 unos 4 días terrestres (a 360 km / h), un fenómeno conocido como superrotación atmosférica.

    El cielo de Venus está totalmente cubierto por espesas nubes de ácido sulfúrico que se ubican a una altura de 45-70 km, lo que dificulta la observación de la superficie del planeta desde telescopios terrestres y orbitadores que giran alrededor de Venus. Las temperaturas de la superficie alcanzan los abrasadores 460 grados Celsius, un entorno hostil para cualquier observación mediante sondas de entrada. 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 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 detallada de las nubes de los niveles más bajos de nubes, 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.

    Antes de que comenzara la misión Akatsuki, el equipo de investigación desarrolló un programa llamado AFES-Venus para calcular simulaciones de la atmósfera de Venus. En la tierra, Los fenómenos atmosféricos en todas las escalas se investigan y predicen mediante simulaciones numéricas, desde la previsión meteorológica diaria 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.

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

    AFES-Venus ya había logrado reproducir vientos superrrotacionales y estructuras de temperatura polar de la atmósfera de Venus. Usando el simulador de la Tierra, un sistema de supercomputadora proporcionado por la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marina-Terrestre (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 de observación detallados de los niveles más bajos de nubes de Venus tomados 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 más bajos de nubes de Venus capturados por la cámara IR2. Tenga en cuenta las rayas gigantes casi simétricas en los hemisferios norte y sur. Cada racha tiene cientos de kilómetros de ancho y se extiende en diagonal casi 10, 000 kilómetros de ancho. Este patrón fue revelado por primera vez por la cámara IR2, y el equipo la 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 AFES-Venus, el equipo reconstruyó el patrón (Figura 1 lado derecho). La similitud entre esta estructura y las observaciones de la cámara demuestra la precisión de las simulaciones AFES-Venus.

    Próximo, a través de análisis detallados de los resultados de la simulación 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 en chorro polar. En 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 en chorro polares. Los resultados de las simulaciones mostraron el mismo mecanismo en funcionamiento en las capas de nubes de Venus, sugiriendo que pueden formarse corrientes en chorro 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 a través del ecuador hasta latitudes de 60 grados en ambas direcciones (figura 2, izquierda). Cuando se agregan corrientes en 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 raya. El viento norte-sur que es empujado por la zona de convergencia se convierte en un fuerte flujo descendente, resultando en la estructura de rayas a escala planetaria (figura 2, Derecha). La onda de Rossby también se combina con una gran fluctuación atmosférica ubicada sobre el ecuador (onda ecuatorial de Kelvin) en los niveles de nubes más bajas, preservando la simetría entre hemisferios.

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

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


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