Forskare har använt ESA:s Venus Express för att karakterisera vind- och övre molnmönster på Venus nattsida för första gången - med överraskande resultat.

Studien visar att atmosfären på Venus nattsida beter sig väldigt annorlunda än den på planets sida som vetter mot solen ("dagskanten"), uppvisar oväntade och tidigare osynliga molntyper, morfologier, och dynamik - varav några verkar vara kopplade till funktioner på planetens yta.

"Det här är första gången vi har kunnat karaktärisera hur atmosfären cirkulerar på Venus nattsida i global skala, "säger Javier Peralta från Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), Japan, och huvudförfattare till den nya studien publicerad i tidskriften Natur Astronomi . "Medan den atmosfäriska cirkulationen på planetens dagtid har undersökts i stor utsträckning, det fanns fortfarande mycket att upptäcka om natten. Vi fann att molnmönstren där är annorlunda än de på dagen, och påverkas av Venus topografi. "

Venus atmosfär domineras av starka vindar som virvlar runt planeten mycket snabbare än Venus själv roterar. Detta fenomen, känd som 'superrotation', ser venusiska vindar rotera upp till 60 gånger snabbare än planeten nedanför, trycka och dra längs molnen i atmosfären när de går. Dessa moln reser snabbast på den övre molnnivån, cirka 65 till 72 km över ytan.

"Vi har spenderat årtionden på att studera dessa superroterande vindar genom att spåra hur de övre molnen rör sig på Venus dagtid-dessa syns tydligt på bilder som förvärvats i ultraviolett ljus, "förklarar Peralta." Men våra modeller av Venus kan fortfarande inte reproducera denna superrotation, vilket tydligt indikerar att vi kanske saknar några bitar av detta pussel.

"Vi fokuserade på nattsidan eftersom den hade undersökts dåligt; vi kan se de övre molnen på planetens nattsida via deras termiska utsläpp, men det har varit svårt att observera dem ordentligt eftersom kontrasten i våra infraröda bilder var för låg för att få tillräckligt med detaljer. "

Teamet använde Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) på ESA:s Venus Express -rymdfarkoster för att observera molnen i det infraröda. "VIRTIS gjorde det möjligt för oss att se dessa moln ordentligt för första gången, tillät oss att utforska vad tidigare lag inte kunde - och vi upptäckte oväntade och överraskande resultat, "tillägger Peralta.

Istället för att ta enstaka bilder, VIRTIS samlade en "kub" av hundratals bilder av Venus som tagits samtidigt vid olika våglängder. Detta gjorde att laget kunde kombinera många bilder för att förbättra molnens synlighet, och se dem med oöverträffad kvalitet. VIRTIS -bilderna avslöjar därmed fenomen på Venus nattsida som aldrig tidigare har setts på dagen.

De bästa modellerna för hur Venus atmosfär beter sig och cirkulerar, kända som Global Circulation Models (GCM), förutsäga att superrotation kommer att inträffa på ungefär samma sätt på Venus nattsida som vid dess dagtid. Dock, denna forskning av Peralta och hans kollegor motsäger dessa modeller.

Istället, superrotationen verkar vara mer oregelbunden och kaotisk på nätsidan.

Nattens övre moln bildar andra former och morfologier än de som finns någon annanstans - stora, vågig, ojämn, oregelbunden, och filamentliknande mönster, varav många är osedda i dagbilder - och domineras av fria fenomen som kallas stationära vågor.

3D-egenskaperna för dessa stationära vågor erhölls också genom att kombinera VIRTIS-data med radiovetenskapliga data från Venus Radio Science-experimentet, eller VeRa, även på Venus Express.

En koppling mellan atmosfärisk rörelse och topografi har spionerats på Venus tidigare, även om det är på dagen; i en studie från förra året, forskare fann att vädermönster och stigande vågor på Venus dagtid var direkt kopplade till topografiska funktioner på ytan.

"Det var ett spännande ögonblick när vi insåg att några av molnfunktionerna i VIRTIS -bilderna inte rörde sig med atmosfären, "säger Peralta." Vi hade en lång debatt om huruvida resultaten var verkliga - tills vi insåg att ett annat lag, ledd av medförfattaren Dr. Kouyama, hade också självständigt upptäckt stationära moln på nattsidan med hjälp av NASA:s infraröda teleskopanläggning (IRTF) på Hawaii! Våra fynd bekräftades när JAXA:s rymdskepp Akatsuki sattes i en bana runt Venus och omedelbart upptäckte den största stationära vågen som någonsin observerats i solsystemet på Venus dagtid. "

Detta fynd väcker utmaningar för befintliga modeller av stationära vågor. Sådana vågor förväntades bildas av ytvindar som interagerar med hinder såsom ythöjningar - ett berg, till exempel. Dock, tidigare ryska uppdrag som involverar landare har mätt ytvind på Venus som kan vara för svag för att detta ska vara sant.

Dessutom, planetens södra halvklot (där VIRTIS observerades) är i allmänhet ganska lågt i höjd, och - mer mystiskt - stationära vågor tycks saknas i Venus mellanliggande och lägre molnivåer (upp till ungefär 50 km över ytan).

"Vi förväntade oss att hitta dessa vågor i de lägre nivåerna eftersom vi ser dem på de övre nivåerna, och vi trodde att de steg upp genom molnet från ytan, "säger medförfattaren Ricardo Hueso vid universitetet i Baskien i Bilbao, Spanien. "Det är ett oväntat resultat, och vi måste alla återvända till våra modeller av Venus för att utforska dess innebörd. "

Effekten av topografi på atmosfärisk cirkulation är fortfarande oklar bland klimatmodeller; många modeller visar att införandet eller utelämnandet av ytopografi gör skillnad för det resulterande beteendet som ses i Venus atmosfär, men visa inte ihållande vädermönster kopplade till topografi.

"Denna studie utmanar vår nuvarande förståelse för klimatmodellering och, specifikt, superrotationen, vilket är ett nyckelfenomen som ses på Venus, säger Håkan Svedhem, ESA -projektforskare för Venus Express. "Dessutom, det visar kraften i att kombinera data från flera olika källor - i det här fallet, fjärranalys- och radiovetenskapsdata från Venus Express 'VIRTIS och VeRa, kompletterat med markbaserade observationer från IRTF:s SpeX. Detta är ett betydande resultat för VIRTIS och för Venus Express, och är mycket viktigt för vår kunskap om Venus som helhet. "