Um grupo de pesquisa japonês identificou uma estrutura de faixa gigante entre as nuvens que cobrem o planeta Vênus com base na observação da espaçonave Akatsuki. A equipe também revelou as origens dessa estrutura usando simulações climáticas em grande escala. O grupo foi liderado pelo Professor Assistente de Projeto Hiroki Kashimura (Universidade de Kobe, Graduate School of Science) e essas descobertas foram publicadas em 9 de janeiro em Nature Communications .

Vênus é frequentemente chamado de gêmeo da Terra por causa de seu tamanho e gravidade semelhantes, mas o clima em Vênus é muito diferente. Vênus gira na direção oposta à Terra, e muito mais lentamente (cerca de uma rotação por 243 dias terrestres). Enquanto isso, cerca de 60 km acima da superfície de Vênus, um vento leste veloz circunda o planeta em cerca de 4 dias terrestres (a 360 km / h), um fenômeno conhecido como superrotação atmosférica.

O céu de Vênus está totalmente coberto por espessas nuvens de ácido sulfúrico que estão localizadas a uma altura de 45-70 km, tornando difícil observar a superfície do planeta a partir de telescópios baseados na Terra e orbitadores em torno de Vênus. As temperaturas da superfície chegam a escaldantes 460 graus Celsius, um ambiente hostil para quaisquer observações por sondas de entrada. Devido a essas condições, ainda existem muitas incógnitas sobre os fenômenos atmosféricos de Vênus.

Para resolver o enigma da atmosfera de Vênus, a nave espacial japonesa Akatsuki começou sua órbita de Vênus em dezembro de 2015. Um dos instrumentos de observação da Akatsuki é uma câmera infravermelha "IR2" que mede comprimentos de onda de 2 μm (0,002 mm). Esta câmera pode capturar a morfologia detalhada da nuvem dos níveis mais baixos da nuvem, cerca de 50 km da superfície. Os raios ópticos e ultravioleta são bloqueados pelas camadas superiores da nuvem, mas graças à tecnologia infravermelha, estruturas dinâmicas das nuvens mais baixas estão gradualmente sendo reveladas.

Antes do início da missão da Akatsuki, a equipe de pesquisa desenvolveu um programa chamado AFES-Venus para calcular simulações da atmosfera de Vênus. Na terra, fenômenos atmosféricos em todas as escalas são pesquisados ​​e previstos usando simulações numéricas, desde a previsão do tempo diária e relatórios de tufões até as mudanças climáticas antecipadas decorrentes do aquecimento global. Para Vênus, a dificuldade de observação torna as simulações numéricas ainda mais importantes, mas esse mesmo problema também torna difícil confirmar a precisão das simulações.

AFES-Vênus já havia conseguido reproduzir ventos superrotacionais e estruturas de temperatura polares da atmosfera de Vênus. Usando o Simulador de Terra, um sistema de supercomputador fornecido pela Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia Marinha da Terra (JAMSTEC), a equipe de pesquisa criou simulações numéricas em alta resolução espacial. Contudo, por causa da baixa qualidade dos dados observacionais antes da Akatsuki, era difícil provar se essas simulações eram reconstruções precisas.

Este estudo comparou dados observacionais detalhados dos níveis mais baixos de nuvem de Vênus, obtidos pela câmera IR2 da Akatsuki, com as simulações de alta resolução do programa AFES-Venus. A parte esquerda da Figura 1 mostra os níveis de nuvem mais baixos de Vênus capturados pela câmera IR2. Observe as listras gigantes quase simétricas nos hemisférios norte e sul. Cada faixa tem centenas de quilômetros de largura e se estende diagonalmente por quase 10, 000 quilômetros de diâmetro. Este padrão foi revelado pela primeira vez pela câmera IR2, e a equipe a chamou de estrutura de estria em escala planetária. Esta escala de estrutura de linha nunca foi observada na Terra, e pode ser um fenômeno exclusivo de Vênus. Usando as simulações de alta resolução AFES-Venus, a equipe reconstruiu o padrão (Figura 1 lado direito). A semelhança entre esta estrutura e as observações da câmera comprovam a precisão das simulações AFES-Venus.

Próximo, por meio de análises detalhadas dos resultados da simulação AFES-Venus, a equipe revelou a origem desta estrutura de faixa gigante. A chave para essa estrutura é um fenômeno intimamente ligado ao clima cotidiano da Terra:correntes de jato polares. Em latitudes médias e altas da Terra, uma dinâmica de ventos em grande escala (instabilidade baroclínica) forma ciclones extratropicais, sistemas migratórios de alta pressão, e jatos polares. Os resultados das simulações mostraram o mesmo mecanismo em funcionamento nas camadas de nuvens de Vênus, sugerindo que fluxos de jato podem ser formados em altas latitudes. Em latitudes mais baixas, uma onda atmosférica devido à distribuição de fluxos em grande escala e o efeito de rotação planetária (onda de Rossby) gera grandes vórtices através do equador a latitudes de 60 graus em ambas as direções (figura 2, deixou). Quando fluxos de jato são adicionados a este fenômeno, os vórtices se inclinam e se estendem, e a zona de convergência entre os ventos norte e sul se forma como uma linha. O vento norte-sul que é empurrado pela zona de convergência torna-se um forte fluxo descendente, resultando na estrutura de estrias em escala planetária (figura 2, direito). A onda de Rossby também se combina com uma grande flutuação atmosférica localizada sobre o equador (onda Kelvin equatorial) nos níveis mais baixos de nuvens, preservando a simetria entre os hemisférios.

Este estudo revelou a estrutura de linha gigante na escala planetária nos níveis de nuvens inferiores de Vênus, replicou essa estrutura com simulações, e sugeriu que esta estrutura de faixa é formada a partir de dois tipos de flutuações atmosféricas (ondas), instabilidade baroclínica e correntes de jato. A simulação bem-sucedida da estrutura de estrias em escala planetária formada a partir de múltiplos fenômenos atmosféricos é uma evidência da precisão das simulações para fenômenos individuais calculados neste processo.

Até agora, os estudos do clima de Vênus se concentraram principalmente em cálculos médios de leste a oeste. Essa descoberta elevou o estudo do clima de Vênus a um novo nível em que a discussão da estrutura tridimensional detalhada de Vênus é possível. O próximo passo, através da colaboração com a Akatsuki e AFES-Venus, é resolver o quebra-cabeça do clima de Vênus, gêmea da Terra, velado na espessa nuvem de ácido sulfúrico.