Un gruppo di ricerca giapponese ha identificato una struttura a strisce giganti tra le nuvole che ricoprono il pianeta Venere in base all'osservazione della navicella Akatsuki. Il team ha anche rivelato le origini di questa struttura utilizzando simulazioni climatiche su larga scala. Il gruppo era guidato dal Project Assistant Professor Hiroki Kashimura (Kobe University, Graduate School of Science) e questi risultati sono stati pubblicati il ​​9 gennaio in Comunicazioni sulla natura .

Venere è spesso chiamata gemella della Terra a causa delle loro dimensioni e gravità simili, ma il clima su Venere è molto diverso. Venere ruota nella direzione opposta alla Terra, e molto più lentamente (circa una rotazione per 243 giorni terrestri). Nel frattempo, a circa 60 km sopra la superficie di Venere un veloce vento dell'est fa il giro del pianeta in circa 4 giorni terrestri (a 360 km/h), un fenomeno noto come superrotazione atmosferica.

Il cielo di Venere è interamente ricoperto da spesse nubi di acido solforico che si trovano ad un'altezza di 45-70 km, rendendo difficile osservare la superficie del pianeta dai telescopi e dagli orbiter terrestri che circondano Venere. Le temperature di superficie raggiungono i 460 gradi centigradi, un ambiente ostile per eventuali osservazioni da parte di sonde di ingresso. A causa di queste condizioni, ci sono ancora molte incognite sui fenomeni atmosferici di Venere.

Per risolvere l'enigma dell'atmosfera di Venere, la navicella spaziale giapponese Akatsuki ha iniziato la sua orbita attorno a Venere nel dicembre 2015. Uno degli strumenti di osservazione di Akatsuki è una telecamera a infrarossi "IR2" che misura lunghezze d'onda di 2 μm (0,002 mm). Questa fotocamera è in grado di acquisire la morfologia dettagliata delle nuvole dei livelli inferiori delle nuvole, a circa 50 km dalla superficie. I raggi ottici e ultravioletti sono bloccati dagli strati di nubi superiori, ma grazie alla tecnologia a infrarossi, le strutture dinamiche delle nuvole inferiori si stanno gradualmente rivelando.

Prima che iniziasse la missione dell'Organizzazione Alba, il team di ricerca ha sviluppato un programma chiamato AFES-Venus per calcolare le simulazioni dell'atmosfera di Venere. Sulla terra, i fenomeni atmosferici su ogni scala sono studiati e previsti mediante simulazioni numeriche, dalle previsioni meteorologiche giornaliere e dai rapporti sui tifoni ai cambiamenti climatici previsti derivanti dal riscaldamento globale. Per Venere, la difficoltà di osservazione rende ancora più importanti le simulazioni numeriche, ma questo stesso problema rende anche difficile confermare l'accuratezza delle simulazioni.

AFES-Venus era già riuscito a riprodurre i venti superrotazionali e le strutture della temperatura polare dell'atmosfera di Venere. Usando il simulatore di terra, un sistema di supercomputer fornito dalla Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), il team di ricerca ha creato simulazioni numeriche ad alta risoluzione spaziale. Però, a causa della bassa qualità dei dati osservativi prima dell'Akatsuki, era difficile dimostrare se queste simulazioni fossero ricostruzioni accurate.

Questo studio ha confrontato i dati osservativi dettagliati dei livelli di nubi inferiori di Venere ripresi dalla fotocamera IR2 di Akatsuki con le simulazioni ad alta risoluzione del programma AFES-Venus. La parte sinistra della Figura 1 mostra i livelli di nubi inferiori di Venere catturati dalla telecamera IR2. Nota le strisce giganti quasi simmetriche negli emisferi settentrionale e meridionale. Ogni striscia è larga centinaia di chilometri e si estende in diagonale quasi 10, 000 chilometri di diametro. Questo schema è stato rivelato per la prima volta dalla telecamera IR2, e il team l'ha chiamata una struttura a strisce su scala planetaria. Questa scala di struttura delle strisce non è mai stata osservata sulla Terra, e potrebbe essere un fenomeno unico di Venere. Utilizzando le simulazioni ad alta risoluzione AFES-Venus, il team ha ricostruito lo schema (Figura 1 a destra). La somiglianza tra questa struttura e le osservazioni della telecamera dimostra l'accuratezza delle simulazioni AFES-Venus.

Prossimo, attraverso analisi dettagliate dei risultati della simulazione AFES-Venus, il team ha rivelato l'origine di questa gigantesca struttura a strisce. La chiave di questa struttura è un fenomeno strettamente connesso al clima quotidiano della Terra:le correnti a getto polari. Alle medie e alte latitudini della Terra, una dinamica dei venti su larga scala (instabilità baroclina) forma cicloni extratropicali, sistemi migratori ad alta pressione, e correnti a getto polari. I risultati delle simulazioni hanno mostrato lo stesso meccanismo all'opera negli strati nuvolosi di Venere, suggerendo che le correnti a getto possono essere formate ad alte latitudini. A latitudini inferiori, un'onda atmosferica a causa della distribuzione di flussi su larga scala e l'effetto di rotazione planetaria (onda di Rossby) genera grandi vortici attraverso l'equatore a latitudini di 60 gradi in entrambe le direzioni (figura 2, sinistra). Quando a questo fenomeno si aggiungono le correnti a getto, i vortici si inclinano e si allungano, e la zona di convergenza tra i venti da nord e da sud si forma come una striscia. Il vento da nord-sud che viene spinto fuori dalla zona di convergenza diventa un forte flusso discendente, risultante nella struttura della striatura su scala planetaria (figura 2, Giusto). L'onda di Rossby si combina anche con una grande fluttuazione atmosferica situata sopra l'equatore (onda Kelvin equatoriale) nei livelli di nubi inferiori, preservando la simmetria tra gli emisferi.

Questo studio ha rivelato la struttura a strisce giganti su scala planetaria nei livelli inferiori delle nuvole di Venere, replicato questa struttura con simulazioni, e ha suggerito che questa struttura a strisce è formata da due tipi di fluttuazioni atmosferiche (onde), instabilità baroclina e correnti a getto. La simulazione riuscita della struttura a strisce su scala planetaria formata da più fenomeni atmosferici è la prova dell'accuratezza delle simulazioni per i singoli fenomeni calcolati in questo processo.

Fino ad ora, gli studi sul clima di Venere si sono concentrati principalmente su calcoli medi da est a ovest. Questa scoperta ha portato lo studio del clima di Venere a un nuovo livello in cui è possibile discutere la dettagliata struttura tridimensionale di Venere. Il prossimo passo, attraverso la collaborazione con Akatsuki e AFES-Venus, è risolvere l'enigma del clima della Venere gemella della Terra, velato nella densa nube di acido solforico.