Ergebnisse der Venus Express-Raumsonde, die in den letzten Monaten des Flugzeugs in der dichten Atmosphäre der Venus gesurft ist.
Künstlerkonzept des Raumfahrzeugs Venus Express, das in der dichten Atmosphäre der Venus bremst. Bild über ESA - C. Carreau
Erinnern Sie sich an das Jahr 2014, als Wissenschaftler der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ihre Venus Express-Raumsonde, die seit 2006 die Venus umkreist, so nahe an die dichte Atmosphäre des Planeten heranfliegen ließen, dass sie atmosphärischen Widerstand erfuhr? Dieses Manöver ist bekannt als Aerobrakingund in diesem Monat gab die ESA einige der endgültigen Ergebnisse bekannt, die von Venus Express zurückgesandt wurden, bevor sie endgültig auf die Oberfläche des Planeten stürzte. Die Daten zeigen, dass sich die Atmosphäre des Planeten überschlägt atmosphärische Wellen und kälter als irgendwo auf der Erde. Das Tagebuch Naturphysik veröffentlichte die Ergebnisse am 11. April 2016.
Die Venus Express-Mission der ESA sollte 500 Tage dauern, aber das Schiff hat letztendlich acht Jahre damit verbracht, die Venus von der Umlaufbahn aus zu erkunden, bevor der Treibstoff ausgeht. Dann fing der Spaß erst richtig an. Das Schiff begann einen kontrollierten Abstieg und tauchte immer weiter in die Atmosphäre der Venus ein. Das Fahrzeug war an Bord Beschleunigungsmesser seine eigene Verzögerung zu messen, wie es gebremstoder durch die obere Atmosphäre des Planeten gesurft.
Ingo Müller-Wodarg vom Imperial College London, UK, leitender Autor der Studie, sagte in einer Erklärung der ESA:
Aerobraking verwendet atmosphärischen Widerstand, um ein Raumschiff zu verlangsamen. Daher konnten wir die Beschleunigungsmesser-Messungen verwenden, um die Dichte der Venus-Atmosphäre zu untersuchen.
Keines der Instrumente von Venus Express wurde für solche In-situ-Atmosphärenbeobachtungen entwickelt. Erst 2006 - nach dem Start - wurde uns klar, dass wir mit dem gesamten Raumschiff Venus Express mehr Wissenschaft betreiben können.
In den späten 1970er Jahren sammelte eine frühe Raumsonde - NASAs Pioneer Venus - Daten über die Atmosphäre der Venus, jedoch nur in der Nähe des Äquators des Planeten. Die Daten wurden verwendet, um ein Modell für die Funktionsweise der Venus-Atmosphäre zu erstellen.
In der Zwischenzeit war die Atmosphäre über den Polen noch nie in situ untersucht worden. Müller-Wodarg und Kollegen haben ihre Beobachtungen gesammelt, während sich die Venus Express vom 18. Juni bis 11. Juli 2014 auf einer polaren Umlaufbahn in einer Höhe von 130 km über den Polarregionen der Venus befand.
Kartierung der Dichtewellen in der unteren Thermosphäre der Venus. Bildnachweis: ESA / Venus Express / VExADE / Müller-Wodarg et al., 2016
Diese neuen Messungen wurden verwendet, um das ältere Modell zu testen, und wie immer, wenn wir die Natur genauer betrachten, wurden die Wissenschaftler überrascht.
Die Atmosphäre über den Polen der Venus war mit einer Durchschnittstemperatur von -157 ° C viel kälter als erwartet. Jüngste Temperaturmessungen mit dem SPICAV-Instrument von Venus Express (Spektroskopie zur Untersuchung der Eigenschaften der Venusatmosphäre) stimmen mit diesem Ergebnis überein.
Die polare Atmosphäre ist auch nicht so dicht wie erwartet; In 130 km Höhe ist es 22% weniger dicht als vorhergesagt. Etwas höher und noch weniger dicht als vorhergesagt. Müller-Wodarg sagte:
Diese geringeren Dichten könnten zumindest teilweise auf die polaren Wirbel der Venus zurückzuführen sein, bei denen es sich um starke Windsysteme handelt, die in der Nähe der Pole des Planeten sitzen. Atmosphärische Winde können die Dichtestruktur sowohl komplizierter als auch interessanter machen!
Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Polarregion von starken dominiert wird atmosphärische Wellen, ein Phänomen, von dem angenommen wird, dass es die Planetenatmosphäre, einschließlich der Erdatmosphäre, entscheidend beeinflusst. Das Team verwendete Venus Express-Daten, um zu untersuchen, wie sich die atmosphärische Dichte im Laufe der Zeit verändert und gestört hat, und fand zwei verschiedene Wellentypen: atmosphärische Gravitationswellen und Planetenwellen. Ihre Aussage erklärte:
Atmosphärische Gravitationswellen ähneln Wellen, die wir im Ozean sehen, oder wenn wir Steine ​​in einen Teich werfen, bewegen sie sich eher vertikal als horizontal. Sie sind im Wesentlichen eine Welligkeit in der Dichte einer planetarischen Atmosphäre - sie wandern von niedrigeren zu höheren Höhen und werden mit abnehmender Dichte mit zunehmender Höhe stärker.
Die zweite Art, die Planetenwellen, ist mit dem Rotieren eines Planeten verbunden, wenn er sich um seine Achse dreht. Dies sind größere Wellen mit Perioden von mehreren Tagen.
Wir erleben beide Arten auf der Erde. Atmosphärische Gravitationswellen stören das Wetter und verursachen Turbulenzen, während Planetenwellen ganze Wetter- und Drucksysteme beeinflussen können. Beide sind dafür bekannt, Energie und Impuls von einer Region in eine andere zu übertragen, und haben daher einen enormen Einfluss auf die Gestaltung der Eigenschaften einer planetaren Atmosphäre.
Venus Express verlor im November 2014 den Kontakt zur Erde und die Mission endete offiziell im Dezember 2014. Es wird an das Aerobraking-Manöver erinnert, das das erste Aerobraking-Erlebnis der ESA war.
Die ESA gibt an, dass ihre ExoMars-Mission, die im vergangenen Monat gestartet wurde, ein Instrument namens "Trace Gas Orbiter" enthält, bei dem eine ähnliche Technik zum Einsatz kommt. Håkan Svedhem ist Projektwissenschaftler für die Missionen ExoMars 2016 und Venus Express. Er sagte:
Während dieser Aktivität werden wir ähnliche Daten über die Marsatmosphäre extrahieren wie auf der Venus.
Auf dem Mars würde die Aerobraking-Phase etwa ein Jahr länger dauern als auf der Venus, sodass wir einen vollständigen Datensatz der atmosphärischen Dichte des Mars erhalten und wie sie sich mit der Jahreszeit und der Entfernung von der Sonne ändert.