Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà thiên văn học đã xác định được một cấu trúc vệt khổng lồ giữa các đám mây bao phủ hành tinh Sao Kim dựa trên quan sát từ tàu vũ trụ Akatsuki. Nhóm nghiên cứu cũng tiết lộ nguồn gốc của cấu trúc này bằng cách sử dụng mô phỏng khí hậu quy mô lớn.
Một nhóm nghiên cứu của Nhật Bản đã xác định được cấu trúc vệt khổng lồ giữa các đám mây bao phủ hành tinh Venus dựa trên quan sát từ tàu vũ trụ Akatsuki. Nhóm nghiên cứu cũng tiết lộ nguồn gốc của cấu trúc này bằng cách sử dụng mô phỏng khí hậu quy mô lớn. Nhóm này được dẫn dắt bởi Trợ lý Giáo sư Dự án Hiroki Kashimura (Đại học Kobe, Trường Đại học Khoa học) và những phát hiện này đã được công bố vào ngày 9 tháng 1 trên tạp chí Nature Communications .
Sao Kim thường được gọi là sinh đôi của Trái đất vì kích thước và trọng lực tương tự nhau, nhưng khí hậu trên Sao Kim rất khác nhau. Sao Kim quay theo hướng ngược lại với Trái đất và chậm hơn rất nhiều (khoảng một vòng quay trong 243 ngày Trái đất). Trong khi đó, khoảng 60 km trên bề mặt sao Kim, một cơn gió đông nhanh chóng bao quanh hành tinh trong khoảng 4 ngày Trái đất (ở tốc độ 360 km / h), một hiện tượng được gọi là sự phóng xạ khí quyển.
Bầu trời của sao Kim bị bao phủ hoàn toàn bởi những đám mây axit sunfuric dày nằm ở độ cao 45-70 km, khiến cho việc quan sát bề mặt hành tinh từ các kính viễn vọng và quỹ đạo quay quanh Sao Kim rất khó. Nhiệt độ bề mặt đạt tới mức 460 độ C thiêu đốt, một môi trường khắc nghiệt cho mọi quan sát bởi các đầu dò nhập cảnh. Do những điều kiện này, vẫn còn nhiều điều chưa biết về hiện tượng khí quyển của sao Kim.
Để giải quyết câu đố về bầu khí quyển của sao Kim, tàu vũ trụ Akatsuki của Nhật Bản đã bắt đầu quỹ đạo của sao Kim vào tháng 12 năm 2015. Một trong những thiết bị quan sát của Akatsuki là một camera hồng ngoại “IR2” có thể đo bước sóng 2 m m (0,002 mm). Máy ảnh này có thể chụp hình thái đám mây chi tiết của các cấp độ đám mây thấp hơn, cách bề mặt khoảng 50 km. Các tia quang học và tia cực tím bị chặn bởi các tầng mây phía trên, nhưng nhờ công nghệ hồng ngoại, các cấu trúc động của các đám mây thấp hơn đang dần được tiết lộ.
Trước khi nhiệm vụ Akatsuki bắt đầu, nhóm nghiên cứu đã phát triển một chương trình có tên AFES-Venus để tính toán mô phỏng bầu khí quyển của sao Kim. Trên trái đất, các hiện tượng khí quyển ở mọi quy mô được nghiên cứu và dự đoán bằng cách sử dụng mô phỏng số, từ dự báo thời tiết hàng ngày và báo cáo bão đến dự báo biến đổi khí hậu phát sinh từ sự nóng lên toàn cầu. Đối với Sao Kim, khó khăn trong việc quan sát làm cho các mô phỏng số thậm chí còn quan trọng hơn, nhưng vấn đề tương tự này cũng khiến cho việc xác nhận độ chính xác của các mô phỏng trở nên khó khăn hơn.
AFES-Venus đã thành công trong việc tái tạo gió siêu âm và cấu trúc nhiệt độ cực của bầu khí quyển sao Kim. Sử dụng Trình mô phỏng Trái đất, một hệ thống siêu máy tính do Cơ quan Khoa học và Công nghệ Biển-Đất (JAMSTEC) cung cấp, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các mô phỏng số ở độ phân giải không gian cao. Tuy nhiên, do chất lượng dữ liệu quan sát thấp trước Akatsuki, thật khó để chứng minh liệu các mô phỏng này có phải là bản dựng lại chính xác hay không.
Nghiên cứu này đã so sánh dữ liệu quan sát chi tiết về mức độ sao Kim thấp hơn được chụp bởi camera IR2 của Akatsuki với các mô phỏng độ phân giải cao từ chương trình AFES-Venus. Phần bên trái của hình ảnh trên cho thấy mức độ thấp hơn của sao Kim được chụp bởi camera IR2. Lưu ý các vệt khổng lồ gần như đối xứng trên khắp bán cầu bắc và nam. Mỗi vệt rộng hàng trăm km và trải dài theo đường chéo gần 10.000 km. Mẫu này đã được tiết lộ lần đầu tiên bởi máy ảnh IR2 và nhóm nghiên cứu đã đặt tên cho nó là một cấu trúc sọc quy mô hành tinh. Quy mô cấu trúc vệt này chưa từng được quan sát trên Trái đất và có thể là một hiện tượng độc nhất của Sao Kim. Sử dụng mô phỏng độ phân giải cao AFES-Venus, nhóm nghiên cứu đã xây dựng lại mô hình (phía bên phải của hình ảnh trên).
Tiếp theo, thông qua các phân tích chi tiết về kết quả mô phỏng AFES-Venus, nhóm nghiên cứu đã tiết lộ nguồn gốc của cấu trúc vệt khổng lồ này. Chìa khóa của cấu trúc này là một hiện tượng kết nối chặt chẽ với thời tiết hàng ngày của Trái đất: các luồng phản lực cực. Ở vĩ độ trung bình và cao của Trái đất, một động lực quy mô lớn của gió (không ổn định baroclinic) tạo thành lốc xoáy ngoài hành tinh, hệ thống áp suất cao di cư và dòng phản lực cực. Kết quả mô phỏng cho thấy cơ chế tương tự hoạt động trong các tầng mây của Sao Kim, cho thấy các luồng phản lực có thể được hình thành ở vĩ độ cao. Ở các vĩ độ thấp hơn, một sóng khí quyển do sự phân bố của các dòng chảy quy mô lớn và hiệu ứng xoay hành tinh (sóng Rossby) tạo ra các xoáy lớn trên đường xích đạo đến vĩ độ 60 độ theo cả hai hướng. Khi luồng phản lực được thêm vào hiện tượng này, các xoáy nghiêng và kéo dài, và vùng hội tụ giữa gió bắc và nam tạo thành một vệt. Gió bắc-nam bị đẩy ra bởi vùng hội tụ trở thành một dòng chảy xuống mạnh mẽ, dẫn đến cấu trúc vệt quy mô hành tinh. Sóng Rossby cũng kết hợp với dao động khí quyển lớn nằm trên đường xích đạo (sóng Kelvin xích đạo) ở các tầng mây thấp hơn, bảo tồn sự đối xứng giữa các bán cầu.
Nghiên cứu này đã tiết lộ cấu trúc vệt khổng lồ trên quy mô hành tinh ở các tầng sao Kim thấp hơn, sao chép cấu trúc này bằng mô phỏng và cho rằng cấu trúc vệt này được hình thành từ hai loại dao động khí quyển (sóng), không ổn định baroclinic và luồng phản lực. Việc mô phỏng thành công cấu trúc vệt quy mô hành tinh được hình thành từ nhiều hiện tượng khí quyển là bằng chứng cho tính chính xác của các mô phỏng cho các hiện tượng riêng lẻ được tính toán trong quá trình này.
Cho đến hiện tại, các nghiên cứu về khí hậu của sao Kim chủ yếu tập trung vào các tính toán trung bình từ đông sang tây. Phát hiện này đã nâng nghiên cứu về khí hậu của sao Kim lên một tầm cao mới, trong đó thảo luận về cấu trúc ba chiều chi tiết của sao Kim là có thể. Bước tiếp theo, thông qua sự hợp tác với Akatsuki và AFES-Venus, là giải quyết câu đố về khí hậu của sao Kim sinh đôi của Trái đất, che giấu trong đám mây axit sulfuric dày.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Kobe . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :