Топология поверхности

Очень интересная топологическая картина зоны вблизи Северного полюса Венеры приводится на карте НАСА. Изображение поверхности, воспроизведенное на рис. 10.11, построено с помощью радарных данных миссии «Магеллан» в 1990-1994 годах. Желтый круг, соответствующий 60 ° северной широты, красный крест, обозначающий Северный полюс, надписи и белая стрелка, указывающая на самую высокую точку горного массива Максвелла (11,6 км высотой), нанесены мною.

Рис. 10.11. Карта поверхности Венеры (вид с севера),

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00007

Приведенная выше информация подвигла меня обсудить вопрос о двух зонах циркуляции между дневной и ночной сторонами, внешних по отношению к ячейкам Хэдли. Они на схеме с ячейками лежат выше 100-110 км и охватывают полюсы, начинаясь от экватора с дневной стороны и заканчиваясь на экваторе с ночной. А могут ли они быть такими, если на полюсах мы имеем гигантские вращающиеся с огромными скоростями полярные вихри? Едва ли. Любой вращающийся вихрь образует воронку с пониженным давлением, что мы и получили в качестве доказательства после нескольких нырков Венеры-Экспресс в верхние слои атмосферы, во время которых он кратковременно спускался до высоты равной 175 км. И цифра «60%» очень убедительна и действительно позволяет считать, что «- в атмосфере протекают непредвиденные естественные процессы». Воронки имеют стенки, являющиеся серьезными препятствиями для любых внешних потоков. Кстати, если бы потоки ячейки Хэдли упирались в «воротничок», они бы либо обтекали воротнички сверху, либо поворачивали не вниз к поверхности, а вверх – вверху ведь тоже идет повышение температуры. И только непреодолимая - наклонная стенка воронки может повернуть эти потоки вниз.

Мне кажется очевидным еще один момент. Посмотрите на пространство между ячейками Хэдли и внешними по отношению к ним зонами циркуляции. Между теми и другими находится граница – промежуточная зона с разнонаправленными потоками. Можно ожидать, что в ней должна быть невероятная турбулентность. Но никакой информации об этом мне найти не удалось.

Другое мое возражение касается так называемых «атмосферных гравитационных волн», не имеющих, кстати, ни малейшего отношения к гравитации. Итак, цитата из http://planetologia.ru/venera/3401-volny-nad-veneroj.html:

Европейский зонд Venus Express работает в почтительном отдалении от всей этой красоты − на орбите около планеты. А не так давно, наблюдая за поведением венерианской атмосферы, аппарат обнаружил в ней «гравитационные волны». В атмосфере гравитационные волны возникают тогда, когда сильный ветер сталкивается с крупными геологическими образованиями (такими, как гора, вулкан или высокий склон обширного кратера). Выбрасываясь вверх, поток воздуха быстро поднимается до более спокойных слоев атмосферы. Здесь он остывает, образуя облака, форма которых определяется движением самого потока. Такие облака образуют неплохо видимую упорядоченную волнистую структуру.

Как показали наблюдения Venus Express, гравитационные волны в облаках Венеры, в основном, концентрируются у высоких северных широт − особенно над землей Иштар, обширным горным регионом, имеющим размеры примерно с Австралию. Гора Максвелла − высочайшая вершина этого венерианского «континента» − достигает 11 км, а облачные гравитационные волны появляются на еще большей высоте, около 60-70 км. Ученые условно разделили их по форме и облику на длинные (с фронтом в несколько сотен километров и длиной волны 7-17 км), средние (фронт более 100 км и длина волны от 8 до 21 км), короткие (фронт в десятки километров) и нерегулярные.

Там же приводится фотография окрестности Северного полюса Венеры, на которой стрелками показаны направления движения облачных волн (рис. 10.12).

Рис. 10.12. Направления движения облачных волн в районе Северного полюса,

http://planetologia.ru/venera/3401-volny-nad-veneroj.html

Красный цвет соответствует длинным волнам, оранжевый – средним, зеленый – коротким, синий – нерегулярным (здесь надписи на рисунке мною выполнены на русском языке, дополнительно выделена 60-я параллель).

Сомнительные, с моей точки зрения, места в цитате подчеркнуты. Итак, возвышенная Земля Иштар расположена, грубо говоря, между 60 и 70 ° северной широты, самая высокая вершина массива гор Максвелла – на 63-64 °, т.е. уже как бы внутри «воротничка». Будем считать, что потоки упираются во внешнюю стенку воронки и должны разворачиваться обратно к экватору в зоне 60 ° северной широты, что они и делают. Ширóты выше 60 ° указываются как раз для «воротничка», перед которым «- выбрасываясь вверх, поток воздуха быстро поднимается до более спокойных слоев атмосферы». Но он не «выбрасывается вверх», а, судя по схеме, поворачивает именно вниз (в сторону горячей поверхности), а затем движется обратно к экватору! Если мы имеем не «воротничок», а воронку, то совершенно понятно, почему поток в ячейках Хэдли ведет себя именно так, и почему именно там самая холодная точка в атмосферных потоках. Нагретые у экватора, они просто остыли, двигаясь на север. По указанным координатам получается, что и Земля Иштар и горный массив Максвелла лежат уже внутри «воротничка», а правильнее сказать – на внутренней стенке воронки. И именно в зону воронки, как раз по ее стенкам, засасываются потоки из верхних, более теплых слоев атмосферы, находящихся выше ячеек Хэдли (см. схему на рисунке, приведенном между спорными схемами). Горные образования на стенках воронки влияют на потоки, идущие сверху, уплотняя их, что и показано стрелками на приведенной выше карте. Но к ячейкам Хэдли эти потоки не имеют никакого отношения. Там, где стенка воронки приходится на равнинные зоны поверхности, препятствий для потока из верхних слоев нет. Поэтому в тех местах потоки скользят по ровной внутренней поверхности воронки. Кроме того, со дна воронки из внутренних «запасов» планеты поступает дополнительное тепло (http://galspace.spb.ru/nature.file/venus-5.html), что, собственно, подтверждается более высокой температурой, наблюдаемой во внутренней части полярной зоны, чем в так называемом «воротнике» (в зоне Южного полюса, например, разница составляет около 50 К). Максимальный холод мы имеем там, где остывшие массы ячейки Хэдли, поворачивая к экватору, движутся вдоль внешней стенки воронки.

И тут возникают вопросы: 1 – откуда берутся волны облачности внутри воронки и почему они разной длины и 2 – почему потоки почти строго радиально направлены на Северный полюс? Попробую ответить:

1 – волны облачности образуются вследствие того, что атмосфера Венеры имеет выраженную слоистость по высоте, плотности, составу, температуре и давлению; форму и размеры облаков диктует тот слой атмосферы, в котором они образуются (встречаются даже атмосферные уровни, на которых образуются облака сферической формы, правда, не в полярных зонах);

2 – радиальная направленность потоков на Северный полюс может объясняться только воронкой ничем другим.

Теперь вернемся к тому, что, как указывается, «гравитационные волны» образуются внутри полярной зоны. А вот не надо путать Божий дар с яичницей: никакие они не гравитационные! И если при первом упоминании эти самые «гравитационные волны» написаны в кавычках, то дальше кавычки благополучно опускаются. Даже если теоретики ожидают, что настоящие гравитационные волны должны выглядеть похоже, это вовсе не значит, что такое название надо приписывать явлениям совершенно другой природы. В данном случае перед нами типичная венерианская облачность, состоящая в основном из капель концентрированной серной кислоты. Их наблюдали в северных широтах и до 60 °, но, думаю, что именно в воронке подобную облачность и проще всего увидеть, зафиксировать не только приборами, но даже и фотографией. В воронке, хоть «срез» и под углом, сквозь плотнейшую атмосферу можно увидеть облака в разрезе (рис. 10.13). Так этот срез выглядит в ультрафиолетовых лучах (полосы образуются за счет различного поглощения ультрафиолета):

Рис. 10.13. «Срез» облаков внутри воронки,

http://www.studmed.ru/docs/document24901/доклад-венера?page=5

Конечно, данные аргументы не решающие, однако, когда их скапливается достаточно много,… в совокупности все это выглядит весомым.

http://divinecosmos.e-puzzle.ru/list.php?c=pavlova_3

Полярные вихри

Ну, а теперь мы подошли к полярным вихрям, которые на той же схеме с «воротничками» символически изображены в виде двух объединившихся спиралей. Но это тоже не факт. Полярные вихри на обоих полюсах – образования динамические, они постоянно меняют свою структуру и бывают, как и земные полярные вихри, и с одним «глазом» и с двумя.

Итак, о полярных вихрях. Вблизи их внешних границ линейная скорость ветра достигает 35—50 м/с и уменьшается до нуля в центрах.

До 2006 года многочисленные наши и американские зонды, изучавшие Венеру, занимались, главным образом, исследованием ее атмосферы и поверхности. Но практически все пролеты мимо Венеры зондов, предназначенных для изучения других планет, и зонды, целью которых было изучение непосредственно Венеры, не имели возможности проводить глубокое изучение полярных районов. Дважды пролетел и делал съемку венерианской поверхности «Маринер 10». Применяя специальное радарное устройство в сочетании с использованием наземных радиотелескопов, зонд «Пионер-Венера 1» в основном проводил съемку поверхности планеты между шестидесятыми параллелями. Наибольшая информация, относящаяся к полярным зонам, была получена благодаря длительной работе на орбите аппарата «Венера-Экспресс». Важной особенностью орбиты являлась ее перпендикулярность экватору Венеры, что способствовало возможности детального исследования полярных районов.

Еще до запуска аппарата «Венера-Экспресс» в 1979 году зондом «Пионер-Венера» на Северном полюсе был обнаружен двойной гигантский вихрь. Благодаря тому, что вихрь имел «два глаза», его назвали «диполем Венеры». Это название настолько укоренилось, что даже одинарные вихри на полюсах Венеры в литературе по данному вопросу часто называют диполями. К сожалению, никакого описания и фотографии северного диполя того периода мне найти не удалось. Просто упоминание о двойном вихре – и все.

А вот Южный полюс был сфотографирован. Два первых изображения бурной атмосферы Южного полюса Венеры были получены «Маринером 10» (в течение его пролета мимо Венеры на пути к Меркурию) и во время миссии «Пионер-Венера» в течение начала 1970-х и 1980-х годов прошлого века (рис. 10.14,.a и.b соответственно). Никаких двойных вихрей-диполей там не было.

Рис. 10.14. Фотографии Южного полюса Венеры,

http://www.nashkosmos.su/projects/venus-express/2010/10/2059-venus-express-udivitelnaya-plotnost-atmosfery-na-polyusax/

На первых фотографиях, сделанных в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне длин волн, ученые увидели довольно неожиданные детали, в частности «черную воронку» над Южным полюсом (на фотографиях здесь и далее цвета искусственные).

Итак, рассмотрим информацию по полярным зонам, полученную благодаря миссии «Венеры-Экспресс».

Было установлено, что динамика атмосферы на полюсах Венеры сильно отличается от остальной части планеты. Рядом с экватором скорость ветра сильно варьируется в зависимости от высоты: в верхних слоях она вдвое выше, чем в нижних. А на полюсе весь вихрь вращался почти как твердое тело. Исследования верхних и нижних слоев атмосферы планеты показали, что вихри на полюсах имеют «многослойную структуру», слои которой, разумеется, располагаются на разных высотах. Каждый из слоев отличается своим уровнем активности, но, в общем, буря постоянно развивается.

По Северному полюсу информации намного меньше, чем по Южному. Первая замечательная фотография северного полярного диполя была получена в 2006 году в ходе миссии «Венера-Экспресс» (рис. 10.15, фото ESA / AOES Medialab).

Рис. 10.15. Двойной ураган на Северном полюсе Венеры. Снимок 2006 года

В статье «Самые впечатляющие ураганы в Солнечной системе» приводится ролик с вращением этого вихря-диполя, дана схема его функционирования (рис. 10.16):

Рис. 10.16. Схема вращения вихря-диполя,

http://www.liveinternet.ru/community/4949780/post268077056

Все это сопровождается следующим текстом:

Полярный вихрь – гигантский устойчивый шторм наподобие циклона, зависший в атмосфере над полюсами планеты. Практически - любые планеты или спутники, имеющие плотную атмосферу, могут похвастаться подобными атмосферными явлениями, включая Землю.

Эти - штормы взаимодействуют друг с другом, формируют длительные климатические модели атмосферы и серьезно влияют (по крайней мере, на нашей планете) на изменения климата и озоновый слой.

С помощью спутника Венера-Экспресс Европейского космического агентства, астрономы смогли сделать удивительные снимки и рассмотреть полярные вихри более детально. Устойчивый циклон имеет высоту 20 километров – то есть в 2 раза выше, чем гора Эверест. Похоже, что этот вихрь хаотично блуждает над полюсом. Эта модель отличается от модели полярных вихрей на других планетах, таких как Земля, где вихри ведут себя намного более предсказуемо.

Для меня в том коротком ролике показалось забавным то, что он должен иллюстрировать северный полярный диполь, вращение вихрей которого происходит в направлении по часовой стрелке, что подтверждается в нескольких публикациях. А на схеме оба вихря закручены против. Оставим это на совести авторов ролика. В общем, по или против часовой стрелки – не суть важно. Будем считать, что схема показывает диполь в зоне Южного полюса, где вращение действительно такое. Хотелось бы знать, как соотносятся два утверждения: «этот вихрь хаотично блуждает над полюсом» и «на полюсе весь вихрь вращался почти как твердое тело». Данная схема – один вариант модели диполя. Возможно, существуют и пары отельных друг от друга вихрей, которые тоже взаимодействуют друг с другом, могут сливаться и расходиться. Непременное условие для соседей – вращение в одну сторону. Тогда при слиянии вихри будут усиливать друг друга. В противоположном случае – гасить.

В обсуждениях есть упоминание о том, что при дальнейших наблюдениях выяснилась нестабильность данного образования. Оказалось, что такой вихрь может преобразовываться в одинарный.

Но основная информация, широко обсуждаемая в интернете и периодической печати, касалась изучения южной полярной зоны Венеры. И вот тут-то и было обнаружено, что вихрь постоянно эволюционирует и может быть как «одноглазым», так и диполем. Он то распадается на составные части, то вновь собирается в одно целое.

Первые переданные аппаратом «Венера-Экспресс» снимки Южного полюса планеты, на которых изображена огромная воронка из хорошо различимых темных облаков, уже вызвали интерес у ученых (рис. 10.17, здесь и далее на фотографиях цвета условные):

Рис. 10.17. Вихрь на Южном полюсе,

http://science.compulenta.ru/565068/

Данная фотография выполнена станцией Венера-Экспресс в 2008 году. Желтая точка означает Южный полюс (Фото ESA / VIRTIS / INAF-IASF / Obs. de Paris-LESIA / Univ. of Oxford.).

Но одинарный вихрь трансформируется в диполь, который тоже вращается, эволюционирует. Примером может служить следующая иллюстрация (рис. 10.18):

Рис. 10.18. Вращение дипольного вихря,

http://www.studmed.ru/docs/document24901/доклад-венера?page=5

Здесь требуются пояснения (источник тот же):

Размеры диполя 2700х900 км. Он имеет два центра вращения, направленного против часовой стрелки (как и поток зональной циркуляции). Оказалось, что циркуляция в полярных областях южного и северного полушария имеет симметричный характер. …Период вращения южного равен (2,48±0,5) суток. Оба полярных диполя окружены холодным «воротником». Разность температур между ним и диполем в области верхней границы облаков может достигать 50 К. Причина такой температурной структуры связана с характером динамики атмосферы. Красный кружок указывает на Южный полюс, желтый — очерчивает широту 70 °. Синяя и зеленая прямые ~ меридианы соответственно 330 ° и 350 °.

Снимки выполнены последовательно через равные промежутки времени. По фиксированному положению меридианов и полюса видно смещение диполя против часовой стрелки. Обратите внимание на цветовую температурную шкалу под фотографиями (температура под ней указана в градусах Кельвина). Самые горячие участки – в центрах обоих вихрей, составляющих диполь. И еще одна деталь: как и на предыдущем снимке, видно, что центр циклона смещен от положения Южного полюса (по опубликованным данным – на 4 °).

Добавлю еще один штрих к описанию южной полярной области. В публикации http://www.studmed.ru/docs/document24901/доклад-венера?page=5 приводится 6 изображений, на которых отчетливо можно видеть двойной глаз вихревой структуры вокруг Южного полюса. Последовательность из 6-ти обзоров показывает временн ы е изменения этого двойного вихря. Ниже (рис. 10.19) приведены только три из шести. Спектрометрические фотографии получены в период с12 по 19 апреля 2006 года. На последовательности из 6-ти изображений, кроме изменений структуры и температуры вихря (цветная шкала слева), можно заметить вращение линии терминатора (линия разделения дневной стороны – желтый цвет и ночной стороны – темный цвет на изображении).

Рис. 10.19. Динамика изменения южного полярного вихря,

http://www.studmed.ru/docs/document24901/доклад-венера?page=5

На изображениях по координатной сетке видно также, что вихрь несколько смещен относительно полюса.

Рассмотрим подробнее изменение температуры в области южного полярного диполя, приведенное в публикации http://galspace.spb.ru/nature.file/venus-5.html. На изображении показаны изотермы – линии одинаковой температуры (рис. 10.20).

Рис. 10.20. Южный полярный вихрь и окружающая его зона

Подрисуночная подпись там же гласит:

Температурные изменения полярного вихря и холодного воротника в диапазоне 5.05 микрометра на высотах, приблизительно, в 60 км. Самая теплая область соответствует эллипсу полярного вихря, Т=250К – красная область на дневной стороне Венеры. Изменения температуры в эллипсе не превышает 8К. Самая холодная область (темная) соответствует холодному кольцу-воротнику. Диаграмма справа показывает изменение температуры с высотой, где зеленая линия соответствует зеленой точке на холодном кольце, а красная линия – красной точке в вихре, как видно изменения, Т в вихре меньше.

Снимок вихря выполнен в инфракрасном диапазоне (начиная с высоты 60 км). Под левой частью изображения приведена цветная температурная шкала в градусах Кельвина.

Над Южным полюсом были зарегистрированы облака с морфологией, очень схожей с облаками в зоне Северного полюса, но с более быстрой циркуляцией (по публикации http://galspace.spb.ru/nature.file/venus-5.html).

Сдвоенная структура полярных вихрей и их метаморфозы представляют загадку для ученого мира. Считается, что вихри на Венере не могут являться штормами, так как последние требуют присутствия кориолисовой силы, которая из-за очень малой скорости вращения Венеры вокруг оси не способна создавать вихри. Предполагается, что вихри на Венере могут появляться в результате естественной циркуляции горячего воздуха в атмосфере, а также больших скоростей западного ветра (по материалам http://galspace.spb.ru/index-sat.file/opisan.php?new_page=3). На мой взгляд, на это имеются существенные возражения по данным всех зондов, исследовавших атмосферу Венеры. Во-первых, процессы циркуляции в меридиональном направлении значительно слабее, чем в широтных, но вследствие наличия так называемых «воротничков», а правильнее – воронок, полярные области, в которых даже давление на 60% ниже, чем в остальных широтных регионах, практически не связаны с перемешиванием атмосферы. Во-вторых, температура в полярных зонах выше, чем в областях так называемых «воротничков». Так что, циркуляция не проходит.

http://divinecosmos.e-puzzle.ru/list.php?c=pavlova_3

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: