Venus är en gåta. Det är planeten bredvid och avslöjar ändå lite om sig själv. En ogenomskinlig filt av moln kväver ett hårt landskap som täcks av surt regn och bakas vid temperaturer som kan göra bly flytande.

Nu, nya observationer från jordens säkerhet lyfter slöjan för några av Venus mest grundläggande egenskaper. Genom att upprepade gånger studsa radar från planetens yta under de senaste 15 åren, ett UCLA-ledd team har fastställt den exakta längden av en dag på Venus, lutningen på dess axel och storleken på dess kärna. Resultaten publiceras idag i tidskriften Natur astronomi .

"Venus är vår systerplanet, och ändå har dessa grundläggande egenskaper förblivit okända, sa Jean-Luc Margot, en UCLA-professor i jorden, planet- och rymdvetenskaper som ledde forskningen.

Jorden och Venus har mycket gemensamt:Båda stenplaneterna har nästan samma storlek, massa och densitet. Och ändå utvecklades de längs helt olika vägar. Grunder som hur många timmar det är på en venusisk dag ger viktiga data för att förstå den divergerande historien om dessa närliggande världar.

Förändringar i Venus spinn och orientering avslöjar hur massan är utspridd inuti. Kunskap om dess interna struktur, i tur och ordning, ger insikt om planetens bildning, dess vulkaniska historia och hur tiden har förändrat ytan. Plus, utan exakta data om hur planeten rör sig, eventuella framtida landningsförsök kan avbrytas med så mycket som 30 kilometer.

"Utan dessa mätningar, sa Margot, "vi flyger i princip blinda."

De nya radarmätningarna visar att en genomsnittlig dag på Venus varar 243,0226 jorddagar - ungefär två tredjedelar av ett jordår. Vad mer, Venus rotationshastighet förändras alltid:Ett värde som uppmätts vid ett tillfälle kommer att vara lite större eller mindre än ett tidigare värde. Teamet uppskattade längden på en dag från var och en av de individuella mätningarna, och de observerade skillnader på minst 20 minuter.

"Det förklarar förmodligen varför tidigare uppskattningar inte stämde överens med varandra, sa Margot.

Venus tunga atmosfär är sannolikt att skylla på variationen. När det skvalpar runt planeten, det utbyter mycket fart med den fasta marken, påskynda och sakta ner dess rotation. Detta händer på jorden också, men utbytet lägger till eller subtraherar bara en millisekund från varje dag. Effekten är mycket mer dramatisk på Venus eftersom atmosfären är ungefär 93 gånger så massiv som jordens, och så det har mycket mer fart att handla.

Det UCLA-ledda teamet rapporterar också att Venus tippar åt sidan med exakt 2,6392 grader (Jorden lutar cirka 23 grader), en förbättring av precisionen av tidigare uppskattningar med en faktor 10. De upprepade radarmätningarna avslöjade ytterligare den glaciala hastigheten med vilken orienteringen av Venus spinnaxel ändras, ungefär som en snurrande barntopp. På jorden, denna "precession" tar cirka 26, 000 år att cykla runt en gång. Venus behöver lite längre tid:cirka 29, 000 år.

Med dessa exakta mått på hur Venus snurrar, laget beräknade att planetens kärna är cirka 3, 500 kilometer tvärs över – ganska lik jorden – även om de ännu inte kan härleda om det är flytande eller fast.

Venus som en gigantisk discoboll

Vid 21 olika tillfällen från 2006 till 2020, Margot och hans kollegor riktade radiovågor mot Venus från den 70 meter breda Goldstone-antennen i Mojaveöknen i Kalifornien. Några minuter senare, dessa radiovågor studsade från Venus och kom tillbaka till jorden. Radioekot fångades upp vid Goldstone och vid Green Bank Observatory i West Virginia.

"Vi använder Venus som en gigantisk discoboll, sa Margot, med radioskålen som fungerar som en ficklampa och planetens landskap som miljontals små reflektorer. "Vi lyser upp den med en extremt kraftfull ficklampa - cirka 100, 000 gånger ljusare än din vanliga ficklampa. Och om vi spårar reflektionerna från discobollen, vi kan härleda egenskaper om spinn [tillstånd]."

De komplexa reflektionerna lyser oregelbundet upp och dämpar retursignalen, som sveper över jorden. Goldstone-antennen ser ekot först, sedan ser Green Bank det ungefär 20 sekunder senare. Den exakta fördröjningen mellan mottagandet vid de två anläggningarna ger en ögonblicksbild av hur snabbt Venus snurrar, medan det speciella tidsfönster där ekona är mest lika avslöjar planetens lutning.

Observationerna krävde utsökt timing för att säkerställa att Venus och jorden var korrekt placerade. Och båda observatorierna måste fungera perfekt – vilket inte alltid var fallet. "Vi upptäckte att det faktiskt är utmanande att få allt att fungera precis som det ska på en 30-sekundersperiod, sa Margot. "För det mesta, vi får lite data. Men det är ovanligt att vi får all information som vi hoppas få."

Trots utmaningarna, teamet går framåt och har riktat siktet mot Jupiters månar Europa och Ganymedes. Många forskare misstänker starkt att Europa, särskilt, gömmer ett flytande vattenhav under ett tjockt skal av is. Markbaserade radarmätningar skulle kunna befästa fallet för ett hav och avslöja tjockleken på isskalet.

Och teamet kommer att fortsätta att studsa radarn från Venus. Med varje radioeko, slöjan över Venus lyfter lite mer, att få vår systerplanet i allt skarpare syn.