Da ESA Venus Express Cai à sua missão End - "Revelando uma atmosfera Rippling Mais frio do que o previsto"

Alguns dos resultados finais enviadas pelos da ESA Venus Express antes de ele despencou para baixo através da atmosfera do planeta revelaram que ele seja ondulando com ondas atmosféricas - e, a uma temperatura média de -157 ° C, mais fria do que em qualquer lugar na Terra. Ele passou oito anos explorando o planeta da órbita, muito perder a duração prevista da missão de 500 dias, antes de ficar sem combustível. A sonda, em seguida, começou a descer, mergulhando cada vez mais para a atmosfera de Vênus, antes da missão perdeu contato com a Terra em novembro de 2014 e terminou oficialmente em Dezembro de 2014.

Bem como a dizer-nos muito sobre Vênus regiões polares anteriormente inexplorados e melhorar o nosso conhecimento de nosso vizinho planetário, o experimento é uma grande promessa para o da ESA ExoMars missão, que está actualmente prestes a chegar ao planeta vermelho. Os resultados foram publicados na revista Nature Physics em 11 de Abril de 2016.

Venus Express foi diligente à finalidade; órbitas de baixa altitude foram realizados durante os últimos meses da missão, levando a nave espacial profunda o suficiente para experimentar o arrasto mensurável da atmosfera. Usando seus acelerômetros a bordo, a sonda mediu a desaceleração que experimentou como ele empurrou através da atmosfera superior do planeta - algo conhecido como aerofrenagem.

"Aerofrenagem usa arrasto atmosférico para abrandar uma nave espacial, por isso fomos capazes de usar as medições do acelerômetro para explorar a densidade da atmosfera de Vénus", disse Ingo Müller-Wodarg, do Imperial College London, Reino Unido, principal autor do estudo. ". Nenhum dos instrumentos Venus Express 'foram realmente concebido para fazer as observações atmosfera in-situ Temos apenas realizou em 2006 - após o lançamento - que poderíamos usar a nave espacial Venus Express como um todo para fazer mais ciência".

Quando Müller-Wodarg e colegas reuniram suas observações Venus Express foi em órbita a uma altitude de entre 130 e 140 quilômetros perto de Vênus regiões polares, em uma porção de Vênus 'atmosfera que nunca antes tinha sido estudada in situ.

Anteriormente, a nossa compreensão da atmosfera polar de Vênus foi baseado em observações recolhidas pela sonda Pioneer Venus da NASA no final de 1970.Estes eram de outras partes da atmosfera de Vénus, perto do equador, mas extrapolados para os pólos para formar um modelo de referência atmosférica completa.

Estas novas medidas, tomadas como parte da Venus Express arrasto atmosférico Experiment (VExADE) a partir de 24 junho - 11 julho de 2014, já testada diretamente este modelo - e revelar várias surpresas.

Por um lado, a atmosfera polar é de até 70 graus mais fria do que o esperado, com uma temperatura média de -157 ° C (114 K). medições de temperatura recentes por Venus Express "instrumento SPICAV (espectroscopia para a investigação das características da atmosfera de Vênus) estão de acordo com esta conclusão.

A atmosfera polar também não é tão densa como esperado; em 130 e 140 km de altitude, é de 22% e 40% menos denso do que o previsto, respectivamente.Quando extrapolados para cima na atmosfera, estas diferenças são consistentes com os valores medidos anteriormente por VExADE a 180 km, em que as densidades foram encontrados para ser menor em cerca de um factor de dois.

"Isto está em linha com nossas descobertas de temperatura, e mostra que o modelo existente apresenta uma perspectiva demasiado simplista da atmosfera superior de Vênus", acrescentou Müller-Wodarg. "Essas densidades mais baixas poderia ser, pelo menos, em parte devido à vórtices polares de Vênus, que são sistemas de ventos fortes sentados perto de pólos do planeta. Ventos atmosféricos pode ser tornar a estrutura densidade tanto mais complicado e mais interessante!"

Além disso, a região polar foi encontrada a ser dominado por ondas atmosféricas fortes, um fenômeno pensado para ser fundamental na formação atmosferas planetárias - incluindo a nossa.

"Ao estudar como as densidades atmosféricas mudaram e ficaram perturbados ao longo do tempo, encontramos dois tipos diferentes de onda: ondas de gravidade atmosféricas e ondas planetárias", explicou o co-autor Sean Bruinsma dos Centro Nacional de Estudos Espaciais (CNES) , França. "Essas ondas são difíceis de estudar, como você precisa estar dentro da atmosfera do próprio planeta para medi-los corretamente. Observações de longe só pode nos dizer muito."

A imagem acima mostra a densidade da atmosfera de Vénus nas regiões polares do norte em altitudes de 130 a 190 km. Todos os pontos de dados foram recolhidos durante as diferentes fases da Venus Express atmosférica Arraste Experiment (VExADE), realizada entre 2008-2013 (valores acima de 165 km) e de 24 Junho a 11 de julho de 2014 (valores abaixo de 140 km); os pontos pretos na parte inferior direita eram da fase aerofrenagem (AER), os pontos pretos na parte superior esquerda da fase Orbit determinação precisa (POD), e os pontos cinzentos de medições de torque (TRQ).

Cada linha colorida representa um modelo científico diferente de atmosfera de Vénus. A linha azul escura mostra um modelo baseado em dados da sonda Pioneer Venus da NASA, apelidado VTS3 (Hedin et al., 1983), que utiliza as observações de latitudes equatoriais de Vênus se reuniram 1978-1980 (extrapolados para os pólos). A linha de cyan corresponde a outro modelo de referência da atmosfera superior neutra Venus 'baseado em Pioneer Venus, chamado Venus International Referência Atmosfera (VIRA, Keating et al., 1985). A linha vermelha corresponde a um modelo (Venus Polar Atmosfera Model) actualmente a ser desenvolvido por Ingo Müller-Wodarg. Este modelo visa preencher a lacuna de dados mostrado na figura a 140-165 km e apresentar um perfil de densidade vertical, unificada para a atmosfera polar superior de Vênus.(Müller-Wodarg, Imperial College London, UK)

ondas de gravidade atmosféricas são semelhantes às ondas que vemos no oceano, ou quando a atirar pedras em uma lagoa, só que viajar verticalmente e não horizontalmente. Eles são essencialmente uma ondulação na densidade de uma atmosfera planetária - eles viajam de baixo para altitudes mais elevadas e, como a densidade diminui com a altitude, ficar mais forte à medida que sobem.O segundo tipo, ondas planetárias, estão associados a rotação de um planeta, uma vez que gira em torno de seu eixo; estes são ondas de maior escala, com períodos de vários dias.

O quadro abaixo mostra uma visualização dos dados brutos do Experimento Venus Express atmosférica arrasto (VExADE), realizada a partir de 24 junho - 11 julho de 2014, em altitudes de 130-140 km na atmosfera de Vênus. As linhas pretas mostram 16 de 18 trajetórias orbitais da nave espacial a partir desse período. O fundo cinza é um mapa normalizada das ondas de gravidade atmosféricas que foram detectados. A não uniformidade representa perturbações de densidade na atmosfera polar de Vênus; manchas escuras são menos densos e manchas mais claras mais denso, do que os seus arredores. A amplitude média de perturbação densidade é cerca de 10% da média densidade de fundo. Os resultados do experimento VExADE, relatadas na revista Nature Physics (Müller-Wodarg et al., 2016), mostrou que as fortes ondas de gravidade atmosféricas dominam as regiões polares da atmosfera de Vénus. (ESA / Venus Express / VExADE / Müller-Wodarg et al)

Experimentamos dois tipos na Terra. ondas de gravidade atmosféricas interferir com tempo e causa turbulência, enquanto as ondas planetárias pode afetar toda sistemas meteorológicos e de pressão. Ambos são conhecidos para transferir energia e momento de uma região para outra, e assim tendem a ser muito influente na definição das características de uma atmosfera planetária.

"Nós encontramos ondas de gravidade atmosféricas para ser dominante na atmosfera polar de Vênus", acrescentou Bruinsma. "Venus Express experimentou-los como uma espécie de turbulência, um pouco como as vibrações que você sente quando um avião voa por uma fase difícil. Se nós voamos através da atmosfera de Vênus a essas alturas não seria senti-los porque a atmosfera não é apenas densa o suficiente, instrumentos, mas Venus Express 'eram sensíveis o suficiente para detectá-los ".

Venus Express descobriu ondas atmosféricas a uma altitude de 130-140 km que a equipe acha que se originou a partir da camada de nuvem superior na atmosfera de Vénus, que fica no e abaixo altitudes de aproximadamente 90 km, e uma onda planetária que oscilava com um período de cinco dias. "Nós cuidadosamente verificada para assegurar que as ondas não eram um artefato de nossa transformação", disse o co-autor Jean-Charles Marty, também do CNES.

Este não é apenas um primeiro para Venus Express; enquanto a técnica aerofrenagem tem sido usado por satélites da Terra, e foi anteriormente utilizado em missões conduzidas pela NASA a Marte e Vênus, que nunca antes tinha sido usado em qualquer missão planetária ESA.

No entanto, ExoMars Traço Gas Orbiter da ESA, que foi lançado no início deste ano, vai usar uma técnica similar. "Durante esta atividade, vamos extrair dados semelhante sobre a atmosfera de Marte como se fez na Venus", acrescentou Håkan Svedhem, cientista do projecto ExoMars da ESA de 2016 e missões Venus Express. 
"Para Marte, a fase aerofrenagem iria durar mais tempo do que em Vênus, por cerca de um ano, então teríamos um conjunto completo de dados de densidades atmosféricas de Marte e como eles variam com a época e distância do Sol", acrescentou Svedhem. "Esta informação não é relevante apenas para os cientistas, é crucial para fins de engenharia, bem como o estudo de Venus foi um teste bem-sucedido de uma técnica que poderia agora ser aplicada a Marte em uma escala maior - e para futuras missões depois disso.".

Os resultados foram publicados em um documento intitulado "Em observações in situ de ondas na termosfera inferior polar de Vênus com Venus Express aerofrenagem" por Muller-Wodarg et al, na Nature Physics em 11 de Abril de 2016 (doi: 10.1038 / NPHYS3733)..

O Galaxy diário via ESA