Atmosferes planetàries: el cas de Venus

Venus és el segon planeta més pròxim al Sol, que funciona en una òrbita gairebé circular a una distància de 0,72 UA (unitat astronòmica, distància mitjana entre la Terra i el Sol, gairebé 150 milions de quilòmetres). El temps que triga Venus a fer un volt al voltant del Sol (224,7 dies en la Terra) és menor que el seu període de rotació (243 dies en la Terra). És a dir, a Venus l'any és més curt que el dia. L'eix de rotació del planeta és gairebé perpendicular a l'eclíptica, al pla que defineix l'Equador del Sol. Per això, Venus no té estacions i gira en sentit contrari a la resta de planetes del Sistema Solar (veure figura 1).

Venus és molt similar en molts aspectes a la Terra, per exemple, per la seva grandària (el radi de Venus és el 95% de la Terra) i per la seva massa (96,1%). Però en altres ocasions, tots dos planetes no tenen res a veure, per exemple, amb l'atmosfera. El de la terra està compost principalment per nitrogen (N 2 , 78,1%) i oxigen (0 2 , 21%). La de Venus, per part seva, és de diòxid de carboni (CO 2 , 96,5%) i nitrogen (N 2 , 3,5%), i la presència d'aigua és només de 20 ppm (parts per milió). Això fa que l'atmosfera de Venus sigui molt més densa i calenta. De fet, la pressió atmosfèrica en la superfície és de 90 bar, 90 vegades major que en la superfície terrestre, i la temperatura de 460 °C. Per si això fos poc, els núvols són d'àcid sulfúric, per la qual cosa la pluja és molt corrosiva, però a causa de les altes temperatures s'evapora abans d'arribar a la superfície. Aquestes condicions extremes dificulten molt l'exploració de la superfície. Només les sondes espacials soviètiques Venera dels anys 70 han aconseguit posar-se en superfície i no van sobrepassar els 110 minuts d'activitat.

Efecte d'hivernacle

Alguns gasos potencialment presents en l'atmosfera, com el diòxid de carboni, el metà i el vapor d'aigua, provoquen l'efecte d'hivernacle en diversos planetes. La radiació solar es troba gairebé íntegrament dins de l'espectre visible, i atès que els gasos esmentats no absorbeixen aquestes longituds d'ona, la llum pot arribar sense obstacles a la superfície i augmentar la seva temperatura. D'altra banda, la calor que la superfície del planeta emet a l'espai, la radiació tèrmica, se situa en l'espectre infraroig, i atès que els citats gasos poden absorbir aquestes longituds d'ona, la radiació queda "atrapada" en l'atmosfera, augmentant encara més la temperatura.

Tant en la Terra com a Venus hi ha efecte d'hivernacle, però hi ha dues grans diferències. D'una banda, el CO 2 i la quantitat de vapor d'aigua presents en l'atmosfera terrestre són molt baixos en comparació amb el CO 2 de Venus. I d'altra banda, la Terra té aigua; els oceans tenen la capacitat de destruir CO 2, equilibren en certa manera l'efecte d'hivernacle (almenys la part intrínseca de l'efecte, no la provocada per l'home) i la temperatura mitjana en la superfície terrestre és de 15 °C, és a dir, el planeta és habitable. A Venus, no obstant això, no hi ha oceans i l'efecte d'hivernacle provoca temperatures increïbles (460 °C).

Figura . A causa dels núvols i als gasos d'efecte d'hivernacle, part de la radiació tèrmica emesa per la superfície no passa a l'espai, la qual cosa provoca un escalfament de l'atmosfera. Imatge: Itziar Garate.

No obstant això, en la superfície hi ha diòxid de carboni. De fet, igual que en l'atmosfera de Venus hi ha CO 2 com a minerals carbonados, per la qual cosa es considera que totes dues atmosferes, malgrat tenir les mateixes condicions inicials, van sofrir evolucions molt diferents. Antigament Venus podria ser molt semblant a la Terra, amb temperatures més baixes i amb aigua líquida en la superfície. En algun moment, el planeta podria començar a escalfar-se fins a evaporar tot l'aigua superficial, la qual cosa, a l'ésser el vapor d'aigua més efectiu en l'efecte d'hivernacle que el CO 2, augmentaria encara més la temperatura. Llavors, podria començar a sublimar el carboni de les roques i generar CO 2 més en reaccionar amb l'oxigen atmosfèric. En sublimar tot el carboni a l'atmosfera, aconseguiria un equilibri de temperatura i pressió més alta i formaria el Venus que avui coneixem.

Superrotación

A més de la composició, la dinàmica atmosfèrica de Venus és molt diferent a la de la Terra. En el nostre planeta, el període de rotació de l'atmosfera és molt similar al de la superfície, és a dir, el temps que triguen a girar l'atmosfera al voltant del planeta i la pròpia Terra és molt similar. A Venus, la velocitat de l'atmosfera augmenta amb l'altura fins a aconseguir els 65 quilòmetres. Allí l'atmosfera té una velocitat màxima de 360 km/h, és a dir, es mou 60 vegades més ràpid que la superfície. En la Terra, no obstant això, els vents més forts només tenen velocitats que superen en un 10-20% la rotació del planeta. Aquest fenomen es coneix com superrotación, i encara no es coneix el seu origen ni com es pot mantenir.

En el Sistema Solar hi ha un altre cas de superrotación, en Tità. Tità és la lluna més gran de Saturn, l'única amb una atmosfera destacada. Igual que en el cas de Venus, té una rotació lenta i una atmosfera ràpida. Un dia de titani dura 16 dies terrestres, però els vents a 125 km d'altura es desplacen entre 8 i 9 vegades més ràpid que la superfície.

Absorbent ultraviolat

Una altra característica important de Venus és que està totalment cobert de núvols. Si bé aquests núvols no són aïlladament gruixudes, l'opacitat de tota la capa de núvols que s'estén a una altura aproximada de 45-65 km impedeix l'observació de la qual està per sota. En l'actualitat, utilitzant l'espectròmetre d'imatges de la nau espacial Venus Express de l'Agència Espacial Europea o una càmera amb filtres específics, s'analitza l'espectre electromagnètic de la radiació emesa pel planeta, ja que mesurant la radiació de diferent longitud d'ona es poden estudiar les diferents propietats i altures de l'atmosfera.

Figura . Les dues imatges de l'esquerra són instantànies i mostren els núvols de la part superior de la capa de núvols. Les dues de la dreta són quatre dies després i mostren els núvols a 45 i 65 km de l'atmosfera respectivament. Font: AQUESTA.

Per exemple, en la zona ultraviolada, part del planeta actual, es pot observar la llum solar reflectida. Com la reflexió es produeix en la part superior de la capa de núvols, les imatges ultraviolades presenten la distribució dels núvols a 65 km en l'atmosfera (veure figura 3). De fet, les zones lluminoses i fosques es veuen intercalades en les imatges, la qual cosa indica l'existència d'un potent absorbent de llum ultraviolada encara desconeguda.

El 75% de la llum que arriba a Venus es reflecteix, però com gairebé la totalitat de la radiació del Sol és visible, en aquestes longituds d'ona el planeta és molt brillant i no s'aprecien zones de núvols en les imatges. Si anem a una radiació infraroja de major longitud d'ona, ens submergim en l'espectre d'emissió tèrmica. És a dir, en la zona de radiació emesa per un cos per la mera presència a una temperatura determinada. Per tant, la mesura d'una emissió tèrmica pot ajustar-se a una temperatura específica de l'atmosfera i per tant a una altura.

Així, se sap que l'emissió de 1,1 µm de longitud d'ona prové de la superfície o que la radiació de 3,80 µm correspon als núvols superiors. La distribució espacial dels núvols que veiem en les imatges, en lloc d'indicar l'emissió directa dels núvols, pot indicar els núvols que es converteixen en font d'opacitat. En el cas d'una radiació de 1,74 µm, per exemple, l'emissió té el seu origen en la part més baixa de l'atmosfera, però en l'ascensió es troba amb els núvols situats a 45 km i és parcialment absorbida. És a dir, els núvols actuen com a filtres i cadascuna d'elles dificulta la quantitat de radiació.

Vòrtex polar sud

Si es trien les longituds d'ona adequades per a l'observació de Venus, les imatges mostren diferents estructures de núvols. Els vòrtexs són estructures complexes de vents nuvolosos que giren ràpidament al voltant d'un centre. Els remolins d'aigua i els huracans són exemple dels violents de la Terra, però també els violins polars de l'Àrtic i de l'Antàrtida, ciclons que giren al voltant dels pols. Són molts els planetes del Sistema Solar que tenen violències polars. Alguns tenen una forma estranya, però el violí del Pol Sud de Venus és el més versàtil de tots.

Figura . La vòrtex polar sud de Venus té centenars de cares que alteren la seva forma dia a dia. Els panells superiors d'aquesta imatge ens mostren els núvols a 65 km i les inferiors a 45 km. Font: AQUESTA.

En la seva primera gira al planeta, la nau espacial Venus Express va comprovar que en el Pol Sud existia un vòrtex gegant en forma de doble "ull". Des de llavors, les imatges infraroges d'alta resolució de l'eina VIRTIS han mostrat que aquesta estructura a vegades té forma dipolar i altres vegades més arrodonida, encara que generalment té una forma de transició entre totes dues configuracions.

En general, encara que en pocs dies salta d'una estructura a una altra, algunes d'elles són estables durant diversos dies. En aquests casos, si es considera que els núvols són traçadors passius que són arrossegats pel vent, es pot mesurar la velocitat del vent. Així, s'ha observat que la violència està allunyada del Pol Sud del planeta i que s'està movent al seu al voltant de forma impredictible. Aquest moviment és del mateix sentit i velocitat que l'atmosfera. Per tant, malgrat tractar-se de petits moviments que destrueixen i regeneren constantment l'estructura, en el seu conjunt la violència es mou amb l'atmosfera.

L'únic patró permanent és l'estructura anular que envolta a la vòrtex i que sol estar a uns 15 °C per sota de la zona. Tant la violència com la persistència dels anells poden indicar una relació dinàmica entre les dues estructures, però encara no és clar quin pot ser.

La dinàmica de la violència pot estar relacionada amb la superrotación de la resta de l'atmosfera. O potser no. És possible que més de mil volcans del planeta participin en el procés de formació dels núvols a causa d'una certa influència de les noves partícules que emeten a l'atmosfera. O potser no. L'única cosa que és clar és que Venus és un planeta ple de misteri. Per tant, no és d'estranyar la curiositat actual per l'astre que s'ha anomenat "el nostre planeta bessó".

Referències