يتميز مدار المركبة الفضائية Venus Express بانحراف مركزي كبير، حيث يقع Epigae على بعد 68,000 كيلومتر من الأرض ويقع Perigee على بعد 250 كيلومترًا من الأرض. تم استخدام هذا الاختلاف لقياس كثافة الغلاف الجوي وسحبه عند أدنى ارتفاع تصل إليه المركبة الفضائية
طرق البحث
أحد أهداف المركبة الفضائية Venus Express هو قياس كثافة الغلاف الجوي عند قطبي كوكب الزهرة. الطريقة المعتادة للقيام بذلك هي إجراء القياسات عندما تمر المركبة الفضائية فوق الغلاف الجوي. ومن أجل تحسين القياسات، تقرر استخدام تقنيات جديدة لم يتم إجراؤها حتى الآن. وخلال رحلتها، تقرر خفض إطلاق المركبة الفضائية لتتمكن من المرور عبر الغلاف الجوي ومن ثم إجراء القياسات اللازمة. تمت هذه الخطوة الاستثنائية في يوليو أغسطس 2008، أكتوبر 2009، فبراير أبريل 2010 (1).
تم استخدام تقنيتين لإجراء هذه القياسات. تم استخدام التقنية الأولى في عامي 2008 و 2009. يتم استخدام السحب الجوي، الذي يؤثر على المركبة الفضائية ككل أثناء مرورها عبر الغلاف الجوي. يعمل الغلاف الجوي على إبطاء سرعة الطيران عن طريق إحداث تغيير طفيف في مسار الرحلة. قياس هذا التغيير يجعل من الممكن قياس كثافة الغلاف الجوي. وميزة هذه الطريقة هي أنها تتيح قياس كثافات النقاط، بينما على ارتفاعات عالية فوق الغلاف الجوي تكون الكثافة المقاسة متوسطة (2).
وفي أبريل 2010 تم استخدام تقنية مختلفة. وتم إنزال المركبة الفضائية إلى ارتفاع 180 كيلومترًا فوق سطح الأرض. أثناء قياسات السحب الديناميكي الهوائي (airodrag)، تم تدوير المجمعات الشمسية بزوايا مختلفة مع اتجاه الطيران. كشف تكوين الرحلة هذا مجمعات الطاقة الشمسية إلى نقطة العتبة بين الغلاف الجوي والفضاء. خلال هذه الرحلة، يتم إنشاء عزم دوران ديناميكي هوائي قابل للقياس. يتم هذا اللف عدة مرات. وفي الوقت نفسه، تدور عجلات رد الفعل الموجودة في سفينة الفضاء في الاتجاه المعاكس لاتجاه الطيران من أجل الحفاظ على اتجاه سفينة الفضاء أثناء طيرانها. لم تدور مجمعات الطاقة الشمسية بشكل متناظر مع بعضها البعض. يتم ضبط أحد المجمعين بشكل عمودي على اتجاه الطيران ويتم تدوير المجمع الآخر عدة مرات تدريجيًا من أجل زيادة الالتواء ويتم التوازن بواسطة عجلات رد الفعل. وفي سلسلة التجارب التي قامت بها في 16.4.2010، تم تدوير المجمعين الشمسيين بزاوية 0 45 مع اتجاه تدفق الغلاف الجوي، بطريقة تحاكي ريش مزرعة الرياح. ومن الممكن أيضًا في هذه المناورة الحصول على معلومات تتعلق بسلوك الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي. تم استخدام المركبة الفضائية بأكملها كجهاز استشعار لهذا الغرض. وقد أتاحت نتائج هذه التجربة التخطيط لسلسلة أخرى من التجارب من هذا النوع في أكتوبر 2010 و2011 (1).
عندما يكون لمدار المركبة الفضائية انحراف كبير، تكون Aphiga على مسافة 68,000 كيلومتر من الأرض وPeriga على مسافة 250 كيلومترًا من الأرض. في هذه المرحلة، لا يزال قياس كثافة الغلاف الجوي بهذه التقنيات غير فعال. ولهذا الغرض، واستعداداً لهذه القياسات، تم إنزال الفرقاطة إلى ارتفاع 200 كيلومتر ومن ثم خفض ارتفاع المسار مرة أخرى إلى 180 كيلومتراً لعدة أيام. وعند الانتهاء من القياسات، تعود المركبة الفضائية إلى مدارها السابق (2).
مساحة الأجنحة 5.7 متر مربع. ومن المحتمل أنه في الرحلات المستقبلية للمركبات الفضائية التي ستنطلق إلى كوكب الزهرة، سيكون من الممكن زيادة مساحة وتكوين مجمعات الطاقة الشمسية من أجل تحسين هذه القياسات وربما خفضها إلى ارتفاع أقل وقياس كثافة الشمس. الغلاف الجوي على ارتفاعات مختلفة (فرضية المؤلف-حاييم مزار).
ومن مجموعة التجارب التي استخدمت هذه التقنيات، تبين أن الغلاف الجوي فوق القطبين أرق بنسبة 60% مما كانوا يعتقدون. يمكن أن تشير هذه النتيجة إلى عملية غير معروفة تعمل في الغلاف الجوي (2).
تكوين الغلاف الجوي
بين الأعوام 2006-2011، تم إجراء 59 قياساً على طول الخط الحدودي بين جانب النهار وجانب الليل في المنطقة الجغرافية الممتدة من شمال 0 88 إلى جنوب 0 77. وتم اكتشاف طبقة باردة على ارتفاع 125 كم محاصرة بين طبقتين دافئتين تقعان على ارتفاع 100 كم و140 كم. وفي عدة أماكن تنخفض درجة الحرارة إلى درجة التجمد 2CO، مما يثير احتمال وجود الجليد أو الثلج 2CO (3). بسبب درجات الحرارة الدافئة تحت الطبقة المنخفضة الدافئة، يمكن أن تحدث ظاهرة غريبة. تتساقط ثلوج 2CO في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة، لكنها لا تصل إلى الأرض. وعند النقطة التي ترتفع فيها درجة الحرارة إلى ما هو أبعد من نقطة التجمد، يتبخر ثاني أكسيد الكربون وتتكون دورة من هذا الغاز، تشبه دورة الماء على الأرض (فرضية الكاتب حاييم مزار).
على ارتفاع 50-70 كم توجد سحب من 2SO42 والتي تشكل مع بخار الماء المنبعث من البراكين قطرات من حمض الكبريتيك (2SOH). يجب أن يتحلل 70SO بواسطة الشمس على ارتفاع 2008 كم. وفي الملاحظات التي تم إجراؤها في عام 90، تم العثور على طبقة من غاز حامض الكبريتيك على ارتفاع 100-2 كم. مصدر الغاز غير معروف. وفقا لنموذج حاسوبي، من المحتمل أن تتبخر قطرات غاز حمض الكبريتيك على ارتفاعات عالية وتطلق غاز حمض الكبريتيك. عند هذا الارتفاع، يطلق ضوء الشمس غاز 4SO. وهذا يعني أن دورة الكبريت في الغلاف الجوي أكثر تعقيدا مما كان يعتقد (XNUMX).
على الأرجح، في الماضي البعيد، منذ مليارات السنين، كان هناك بخار ماء أكبر في الغلاف الجوي مما هو عليه اليوم. كان سبب فقدان بخار الماء هو الأشعة فوق البنفسجية التي قسمت جزيئات الماء إلى ذرات أكسجين وذرات هيدروجين وهربت هذه إلى الفضاء. معدل هروب الهيدروجين أكبر مرتين من معدل هروب الأكسجين. وتبين أن الهيدروجين الثقيل (الديوتيريوم) يثري الغلاف الجوي العلوي. وزنه الذري أكبر من وزن الهيدروجين العادي، مما يبطئ معدل هروب الغاز (2).
وما تم العثور عليه اليوم هو بقايا كميات كبيرة من المياه في الماضي. ولو أن كل بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي اليوم تكثف إلى ماء سائل على الأرض، لكان ارتفاعه بضعة سنتيمترات فقط. وتوجد اختلافات بين كميات بخار الماء على ارتفاعات تتراوح بين 10 كم و100 كم فوق سطح الأرض. ارتفاعه 100 كم فوق السحاب. لا يمكن لبخار الماء الثقيل أن يهرب من الغلاف الجوي بسهولة مثل بخار الماء العادي (6). من المحتمل أن تكون كمية بخار الماء الثقيل في الطبقات العليا من الغلاف الجوي ضعف كمية بخار الماء في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي (2).
وفي قياسات الأشعة فوق البنفسجية التي تم إجراؤها من ارتفاع 38,000 كم، تظهر المناطق المضيئة والمناطق المظلمة والفرق بينهما واضح. ويعود هذا الاختلاف إلى وجود مادة غير معروفة في السحب تمتص أشعة الشمس فوق البنفسجية. وتبين أنه في المناطق المظلمة فوق خط الاستواء تكون درجة الحرارة مرتفعة نسبيا. تقوم تيارات الحمل الحراري برفع المادة المظلمة من الأسفل. وعلى النقيض من ذلك، في المناطق المضيئة الموجودة فوق خطوط العرض الوسطى، تنخفض درجة الحرارة كلما تعمقت نحو الأرض. وتصل درجة الحرارة إلى حدها الأدنى في أعلى السحب وتمنع الاختلاط العمودي للهواء. الهواء البارد على شكل حلقة وكان اسمه COLD COLLAR. ويظهر كشريط لامع في الضوء فوق البنفسجي (5).
ومن خلال ملاحظات المركبة الفضائية Venus Express، اتضح لمفاجأة الباحثين أن كوكب الزهرة يحتوي أيضًا على طبقة أوزون في الغلاف الجوي، على الرغم من أنها رقيقة. وعلى الأرض، توجد طبقة الأوزون في طبقة الستراتوسفير على ارتفاعات تتراوح بين 15-5 كم. يتكون الأوزون الموجود على الأرض نتيجة تأثير الأشعة فوق البنفسجية التي تقوم بتكسير جزيئات الأكسجين ومن ثم تتواصل ذرات الأكسجين مع بعضها البعض وتتكون جزيئات أكسجين جديدة في بنية 3O – الأوزون. وهذا يعني أنه في أي جو يحتوي على الأكسجين هناك احتمالية لتكوين الأوزون. تم اكتشاف آثار الأوزون في الغلاف الجوي للمريخ قبل 40 عامًا. طبقة الأوزون على كوكب الزهرة رقيقة جدًا وتوجد في نطاقات ارتفاع متفاوتة عن الأرض تتراوح بين 90-120 كم وعرض 5-10 كم. ويشير التغير المستمر لطبقة الأوزون وعرضها إلى وجود آلية ما مجهولة الطبيعة تبقيها على هذه الارتفاعات. وفي الدراسات التي أجريت قبل هذا الاكتشاف، أصبح من الواضح أن ضوء الشمس يكسر جزيئات ثاني أكسيد الكربون ويطلق الأكسجين (2). ويوجد الهيليوم والنيون أيضًا في الغلاف الجوي بكميات صغيرة، ولكونهما غازات نبيلة فإنهما لا يتحدان مع عناصر أخرى (8).
إن مرور المركبة الفضائية عبر الغلاف الجوي كما ذكرنا سابقاً كشف أمراً آخر يتعلق بكثافة الغلاف الجوي. وهناك اختلاف حاد في كثافة الغلاف الجوي بين جانب النهار وجانب الليل (10). في كوكب الزهرة، هناك عملية فقدان للغلاف الجوي على الجانب النهاري وعلى الجانب الليلي، على الرغم من أن الخسارة أكبر في الجانب الليلي. وعلى عكس الأرض، لا يمتلك كوكب الزهرة مجالًا مغناطيسيًا لحماية الغلاف الجوي من الرياح الشمسية. ونتيجة لذلك، تضرب الرياح الشمسية الغلاف الجوي العلوي وتتناثر منه جزيئات في الفضاء. وبحسب تقييم الباحثين، فإن هذه العملية هي التي تسببت في فقدان الماء لمدة 4.5 مليار سنة منذ تكوين الكوكب. ما لا يزال غير مفهوم هو حقيقة أن كمية الهيدروجين في الغلاف الجوي العلوي هي ضعف ما كان متوقعا. وما أسباب ذلك غير واضح (2).
الغيوم والدوامات
وخلال عمليات رصد المركبة الفضائية، تم اكتشاف دوامة جوية "العين المزدوجة" يبلغ قطرها 2000 كيلومتر في القطب الجنوبي، على غرار دوامة مماثلة تم اكتشافها في وقت سابق في القطب الشمالي. ومن المعروف منذ عدة سنوات أن هناك دوامة جوية في القطب الجنوبي، لكن الملاحظات الأخيرة أظهرت أنها أكثر تعقيدا بكثير مما كان يعتقد. ويتغير شكل الدوامة وبنيتها في أطر زمنية تقل عن 24 ساعة. بالمقارنة مع الأرض، فإن دوامة القطب الجنوبي أكثر ديناميكية من الأعاصير الأرضية. على الرغم من أن الهيكل العام للدوامة يمكن أن يكون على شكل حرف "S" أو الشكل "8" إلا أنه في كثير من الحالات يكون فوضويًا. أصل الاختلافات في سرعات تكوين الدوامة هو أن مركز الدوامة لا يتوافق مع القطب الجغرافي. وتعتمد سرعة الرياح في الاتجاه الشرقي الغربي على موقعها في خطوط العرض. وتبين الملاحظات أن الدوامة تنقبض وتمتد بواسطة موجات القص. على الرغم من أن شريط الرياح الرئيسي يتحرك في الاتجاه المعاكس لسرعة دوران كوكب الزهرة حول نفسه. ويكون منتظمًا عند الاقتراب من خط الاستواء من خط العرض S 0 84.
تقل السرعة عند التحرك نحو القطب. ينعكس اتجاه الحركة إلى الاتجاه الغربي الشرقي بالقرب من خط العرض S 0 87. تم اكتشاف رياح ذات سرعة أقل عند خط العرض S 0 75 وتتوافق مع حافة شريط السحب الذي يتوافق في حد ذاته مع منطقة الهواء البارد المحيطة بمركز الدوامة.
يتحرك موقع مركز الدوامة حول القطب ويتغير في دورات من 5 إلى 10 أيام أرضية. يبلغ متوسط إزاحتها من القطب الجنوبي 0 3 خط عرض - مئات الكيلومترات. لا توجد علاقة بين الموقع الجغرافي لمراكز الدوامات المتغيرة (النقط الوسطى) والمناطق الزمنية المحلية (التوقيت الشمسي المحلي)، والانطباع العام هو أن الدوامة في القطب الشمالي لها بنية مماثلة لتلك الموجودة في القطب الجنوبي، ولكن وهناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات لتأكيد هذا الافتراض (11).
درجات الحرارة
هناك على الأرض ظاهرة تسمى "خلايا هادلي". وتحدث هذه الظاهرة عندما يرتفع الهواء الدافئ فوق خط الاستواء ويتحرك نحو القطبين، وهي الأماكن التي يبرد فيها وينخفض. وبما أن الهواء القريب من الأرض أكثر كثافة، فإنه ينضغط ويسخن الغلاف الجوي العلوي فوق القطبين. وفي الغلاف الجوي لكوكب الزهرة، تنعكس العملية. بالإضافة إلى ذلك، تكون التغيرات الحرارية في حدود درجة مئوية 0 30 في نطاقات الأيام الأرضية في طبقة الميزوسفير والغلاف الحراري - وفوق خطوط العرض المنخفضة يكون الغلاف الجوي أكثر استقرارًا. نطاق التغيرات الحرارية هو C 0 15. الغلاف الأوسط والغلاف الحراري لكوكب الزهرة ديناميكيان للغاية. الرياح الناشئة عن تسخين الشمس والرياح التي اتجاهها شرق-غرب "تتنافس" مع بعضها البعض ومن المحتمل أن تتسبب في انتقال الحرارة إلى بعضها البعض. يمكن أن يكون للتغيرات الجوية (تقلبات الغلاف الجوي) عدة أسباب. العواصف الناجمة عن تيارات هوائية على ارتفاعات مختلفة تتحرك بسرعة تزيد عن 320 كم/ساعة وفي اتجاهين متعاكسين يمكن أن تنقل الحرارة من الأسفل ويتحرك الهواء البارد إلى الأعلى. كل هذه يمكن أن تسبب تغيرات في الغلاف الجوي العلوي. بالإضافة إلى ذلك، فإن الدوامات الضخمة النشطة في القطبين يمكن أن تسبب بحد ذاتها عواصف وتغير الضغط الجوي وبالتالي تسبب تغيرات في الحرارة.
وتتأثر طبقات الغلاف الجوي فوق السحب التي رصدها الباحثون بالتغيرات في شدة الضوء القادم من الشمس في مناطق الانتقال بين النهار والليل أو مع التقدم في خطوط العرض نحو القطبين. على ارتفاعات عالية حيث توجد هذه الطبقات، يمكن أن تتأثر أيضًا بالنشاط الشمسي مثل الانفجارات الشمسية التي تسمى التوهجات وانفجارات المواد من الشمس المعروفة باسم الانبعاثات الكتلية الإكليلية على فترات زمنية تمتد لأيام وأسابيع وحتى عقد من الزمن. وكانت درجات الحرارة المقاسة في الفترة 1990-1994 أعلى من تلك المقاسة في عام 2009. وفي مقارنة بين القياسات التي أجريت في عامي 2007 و2009، لوحظ أن درجات الحرارة عن عام 2007 أعلى في المنطقة الاستوائية. ومن هذه المجموعة من البيانات، هناك حاجة إلى ملاحظات إضافية للتحقق من كيفية تأثير هذه الظواهر على الغلاف الجوي العلوي في فترات زمنية مختلفة (12).
حذر
في عمليات الرصد بالأشعة تحت الحمراء، لاحظت مركبة فينوس إكسبرس توهج الغلاف الجوي على الجانب المظلم من كوكب الزهرة. مصدر التحذير هو إدخال الضوء فوق البنفسجي إلى الغلاف الجوي والذي يكسر جزيئات حمض النيتريك إلى ذرات وجزيئات أبسط. يمكن للذرات الحرة أن تتحد من جديد، وفي بعض الحالات تتحد الجزيئات الجديدة مع الطاقة التي تُفقد بعد ذلك في الفضاء. على الجانب النهاري، تتصل بعض الذرات ببعضها البعض ويمكن رؤيتها في الضوء المرئي.
لم يتم رصد توهج ليلي لحمض النيتريك حتى الآن سواء في الغلاف الجوي للأرض أو في الغلاف الجوي للمريخ، على الرغم من أن وجوده كان معروفًا من خلال عمليات الرصد فوق البنفسجية. يمكن لـ Venus Express مشاهدة 3 إنذارات في نفس الوقت. لا يجب أن يكون التحذير الليلي للجزيئات في نفس الوقت. سيصبح فهم العملية أكثر وضوحًا عند إجراء المزيد من الملاحظات (13).
מקורות
1. "تصفح أجواء غريبة" 22.4.2010/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Surfing_An_Alien_Atmosphere_999.html
2. "الزهرة تعبر عن مسبار الغلاف الجوي بالتحليق عبره" 11.10.2010/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Venus_Express_Probes_Atmosphere_By_Flying _Through _It_999.html
3. "الطبقة الباردة الغريبة في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة" 5.10.2012/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Curios_Cold_Layer_In_The_Atmosphere_Of_ Venus_999.html
4. "الزهرة يحمل تحذيرًا للأرض" 1.12.2010
http://www.spacedaily.com/reports/Venus_Holds_Warning_For_Earth_999.html
5. "هل كان كوكب الزهرة كوكبًا صالحًا للحياة" 25.6.2010/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Was_Venus_Once_An_Habitable_Planet_999.html
6. "ربما كان كوكب الزهرة بمثابة عالم مائي في الكونجرس" 16.9.2009
http://www.spacedaily.com/reports/Venus_May_Have_Been_A_Water_World_ Space_ Congress _Told_999.html
7. "أين ذهبت فينوس؟" 17.12.2008
http://www.esa.int/esaMI/Venus-express/SEM8MYSTOF_2.html
8. "اكتشاف طبقة الأوزون الهشة في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة" 7.10.2011/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Tenuous_Ozone_Layer__Discovered_In_ Venus _Atmosphere_999.html
9. "صعودًا وبعيدًا إلى كوكب الزهرة" 28.8.2007
http://www.spacedaily.com/reports/Up_Up_And_Away_To_Venus_999.html
10. "فينوس إكسبرس تجد الغلاف الجوي للكوكب عائقًا" 7.10.2010
http://www.spacedaily.com/reports/Venus_Express_Finds_Planet’s_Atmosphere_ A_ Drag_Venus_999.html
10. "أين ذهبت مياه الزهرة"؟
http://www.esa.int/esaMI/Venus-express/SEM8MYSTOF_2.html
11. "شكل الدوامة الجنوبية المتغيرة لكوكب الزهرة" 11.4.2011/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/The_Shape_Shifting_Southern_Vortex_ Of _Venus_999.html
12. "طقس كوكب الزهرة ليس مملاً على الإطلاق" 28.9.2011
http://www.spacedaily.com/reports/Venus_Weather_Not_Boring_After_All_999.html
13. "مشاهدة كوكب الزهرة يتوهج في الظلام" 25.2.2009/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Watching_Venus_Glow_In_The_Dark_999.html
