Венера — одна из самых изучаемых планет Солнечной системы, но её верхняя атмосфера по-прежнему скрывает множество тайн. Особенно сложной для понимания остаётся область выше 100 километров — термосфера и экзосфера. Именно здесь атмосфера становится разреженной, сильно реагирует на Солнце и напрямую влияет на полёты будущих космических аппаратов. Недавнее исследование показало, что даже современные компьютерные модели пока не могут полностью описать происходящие там процессы.
Зачем вообще моделировать атмосферу Венеры
Непосредственные измерения на высотах от 100 до 150 км крайне редки. Атмосфера здесь слишком плотная для обычных орбитальных измерений, но уже недостаточно плотная для надёжных дистанционных наблюдений. В итоге у учёных остаётся один основной инструмент — трёхмерные климатические модели, которые рассчитывают температуру, ветры и химический состав атмосферы.
Такие модели особенно важны для будущих миссий к Венере: от точности расчётов зависит безопасность орбит, аэроторможение и долговечность аппаратов.
Три модели — три разных Венеры
В работе были подробно сопоставлены три глобальные циркуляционные модели верхней атмосферы Венеры:
- Venus Planetary Climate Model (VPCM) — охватывает атмосферу от поверхности до экзосферы;
- Venus Thermospheric Global Climate Model (VTGCM) — сфокусирована на термосфере и верхних слоях;
- Tohoku University GCM (TUGCM) — моделирует мезосферу и термосферу.
Хотя все три модели используют одни и те же базовые физические законы, их результаты заметно отличаются — особенно по температуре и содержанию атомарного кислорода.
Дневная жара и ночной холод
Все модели сходятся в одном: днём верхняя атмосфера Венеры сильно нагревается солнечным излучением, а ночью резко остывает. На ночной стороне формируется так называемая «криосфера» — область с температурами около 100–120 K, что необычно холодно для планеты, расположенной так близко к Солнцу.
Это интересно... Новое понимание Voyager 2: что изменилось в наших представлениях об Уране
Однако есть проблема:
дневные температуры во всех моделях оказываются выше, чем показывают реальные измерения миссии Pioneer Venus. Это указывает на то, что в моделях не хватает эффективного охлаждения атмосферы.
Главная роль атомарного кислорода
Ключевой вывод исследования — во всех трёх моделях занижено количество атомарного кислорода в верхней атмосфере. Это критично, потому что именно атомарный кислород усиливает охлаждение через инфракрасное излучение углекислого газа.
Если кислорода мало:
- атмосфера хуже остывает,
- дневные температуры становятся завышенными,
- экзосфера получается слишком горячей по сравнению с наблюдениями.
Авторы работы подчёркивают: без корректного учёта кислорода невозможно точно описать климат верхней атмосферы Венеры.
Почему модели так сильно расходятся
Различия между моделями связаны сразу с несколькими факторами:
- использованием разных спектров солнечного излучения;
- разной эффективностью солнечного нагрева;
- отличиями в расчётах теплопроводности;
- разными схемами охлаждения атмосферы;
- различным учётом гравитационных волн, которые тормозят ветры и влияют на ночные температуры.
Даже небольшие отличия в этих параметрах приводят к серьёзным расхождениям на больших высотах.
Что нужно улучшить в будущем
Исследование не просто указывает на проблемы, но и предлагает конкретные шаги:
- унифицировать используемые солнечные спектры;
- обновить схемы нагрева с учётом данных миссии Venus Express;
- пересмотреть модели инфракрасного охлаждения;
- лучше описать источники образования атомарного кислорода.
Почему это важно прямо сейчас
В ближайшие годы Венера снова станет целью активных космических миссий. Надёжные модели её атмосферы необходимы не только для науки, но и для практических задач — от расчёта орбит до планирования аэродинамических манёвров.
Сравнение моделей показало: мы стали гораздо ближе к пониманию верхней атмосферы Венеры, но ключевые физические процессы всё ещё требуют доработки. И именно новые миссии могут дать недостающие данные, которые помогут наконец собрать цельную картину климата этой загадочной планеты.
Это интересно... «Джеймс Уэбб» обнаружил экзопланету с необычайным составом атмосферы, которая бросает вызов существующим теориям