Миссия невыполнима? Смоделированы особенности климата Венеры: как ведут себя ветер, температура и пыль

Поверхность Венеры десятилетиями оставалась почти чистым "белым пятном": несколько советских "Венер", пара американских и европейских миссий — и всё. Но даже эти обрывочные данные можно превратить в работающую модель.

Именно это сделали Максенс Лефевр из Сорбонны и его коллеги, смоделировав, как на Венере ведут себя ветер, температура и пыль у самой поверхности.

Почему это важно? Потому что следующие миссии — VERITAS, EnVision и будущие спускаемые аппараты — будут работать в условиях, где ошибка в пару метров в секунду ветра или в несколько градусов может стоить всей миссии.

Супердень на суперплотной планете

У Венеры есть несколько особенностей, которые делают её климат "инопланетным" даже по земным меркам:

• Сутки длятся 117 земных дней.
  Столько же — ночь. То есть одна "смена дня и ночи" — почти 8 наших месяцев.

• Атмосфера в ~90 раз плотнее земной.
  Даже слабый ветер в 1 м/с давит на поверхность как хороший шторм у нас.

• Температура около 460 °C и давление, как на глубине километра под водой.
  Любой аппарат там живёт часы, в лучшем случае — сутки.

Данные "Венер" показали: у земли ветер всего около 1 м/с. На Земле и Марсе типичные ветра у поверхности 20-40 м/с, но из-за гигантской плотности атмосферы венерианский "лёгкий бриз" по воздействию сопоставим с ураганом в разреженном воздухе.

День, ночь и склоны: как дуют ветра на Венере

Авторы работы раздельно рассматривают разные типы рельефа — горы и равнины, тропики и полярные области. И это даёт красивую картину.

В тропиках: дыхание гор

В тропических широтах модель показывает резкий суточный сдвиг ветровых режимов:

• днём поверхность медленно нагревается Солнцем, воздух над склонами становится легче и поднимается вверх. Это анабатические ветры — "в гору";

• ночью поверхность остывает, воздух охладевает и стекает вниз по склонам — катабатические ветры.

И вот здесь включается важный эффект:

Когда холодный воздух стекает вниз, он сжимается и нагревается адиабатически, то есть просто из-за роста давления, даже без внешнего источника тепла.

Результат:

• в горах разница температур между днём и ночью меньше 1 K — почти идеально ровный "адский климат-контроль";

• на равнинах ("низменностях"), где нет эффекта "воздушного лифта" по склонам, перепад достигает ~4 K за венерианский день/ночь.

Для нас 3 градуса — мелочь. Для аппарата, работающего при 460 °C на грани материалов и электроники, это уже фактор риска.

У полюсов — вечная "ночь и ветер вниз"

Ближе к полюсам модель показывает другое:

• Ветры почти всегда катабатические - то есть направлены вниз по слабым склонам от повышенных областей к низким.

• Это компенсирует постоянное инфракрасное охлаждение на высоких широтах и тоже сглаживает перепады температуры.

Почему это важно?
Потому что будущие миссии VERITAS и EnVision собираются внимательно изучать именно полярные области Венеры. Заранее понимать, какого типа ветра и температурные колебания их ждут, — значит лучше проектировать аэродинамику, терморежим и даже стратегию посадки.

Пыль Венеры: медленная, но мощная

При такой плотной атмосфере даже слабый ветер может:

• поднимать пылевые частицы с поверхности;

• переносить их по склонам и над равнинами;

• формировать тонкие пылевые слои, которые могут:

  • затирать оптику камер;

  • покрывать датчики;

  • менять локальные радиотепловые свойства поверхности (важно для радарной съёмки).

Модели Лефевра связывают режимы ветра с возможными зонами активного пылепереноса и отложения, то есть подсказывают, где посадочным аппаратам будет особенно пыльно и "грязно".

Три факта о ветре на Венере

1. 1 м/с там ≠ 1 м/с здесь
   Из-за огромной плотности атмосферы венерианский "штиль" по механическому воздействию может сопоставляться с земным сильным ветром.

2. Горы стабилизируют климат
   Катабатические и анабатические ветры в горах почти "выглаживают" суточный перепад температуры до <1 K — при общем уровне около 730 K.

3. Полюса — не мёртвые зоны
   Там постоянно работают катабатические ветры, которые помогают балансировать энергию и поддерживать устойчивый, хоть и экстремальный, климат.

А что если… мы захотим посадить туда ещё один аппарат

Модели вроде той, что сделал Лефевр, — это инженерный инструмент, а не только "красивая физика":

• помогают выбирать место посадки: горы vs равнины, полюс vs тропики;

• задают требования к прочности конструкции на аэродинамическую нагрузку и пылевое воздействие;

• уточняют сценарии работы в течение венерианского "дня-ночи": где аппарат будет сильнее греться/остывать;

• позволяют просчитать, насколько пыль и ветра будут мешать радарам, оптике и тепловым датчикам.

Иначе говоря, каждые несколько строк телеметрии, полученные "Венерами" десятки лет назад, сейчас превращаются в карту рисков и возможностей для новой волны венерианских миссий.

Мифы и правда о климате Венеры

Миф: "На Венере всё просто: сплошной ад и никакой динамики".
Правда: даже в этом аду работает тонкая метеорология — горные ветра, суточные циклы, региональные различия.

Миф: "Если ветра слабые, пыли почти нет".
Правда: при такой плотности атмосферы даже слабые ветра могут эффективно поднимать и переносить пыль, влияя и на аппараты, и на локальный климат.

Миф: "Всё равно туда ничего не долетит и не проживёт".
Правда: аппараты уже садились и работали на Венере; чем лучше мы понимаем её климат, тем дольше и эффективнее сможет проработать следующая техника.

FAQ

Почему день и ночь на Венере такие длинные?
Потому что планета вращается очень медленно: один оборот вокруг оси — примерно 243 земных дня, а относительно Солнца "солнечные сутки" составляют около 117 земных дней.

Зачем моделировать климат, если данных мало?
Именно потому, что данных мало. Модели позволяют связать разрозненные измерения в целостную картину и выдать прогнозы, которые можно проверить следующими миссиями.

А почему нас вообще так интересует Венера?
Это почти "сестра Земли" по размеру и массе, но с радикально другим климатом. Понять, как она стала такой, — значит лучше понять и пределы эволюции земной атмосферы и климата.