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Descubren gigantesco patrón de nubes en Venus

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Un grupo de investigación japonés ha identificado una estructura gigantesca con forma de banda entre las nubes que cubren el planeta Venus, basado en observaciones desde la sonda japonesa Akatsuki.

El equipo también reveló los orígenes de esa estructura utilizando simulaciones climáticas a gran escala. El grupo fue liderado por el profesor interino del proyecto, Hiroki Kashimura, graduado de la Graduate School of Science, Kobe University.

Figura 1: (izquierda) las nubes más bajas de Venus observadas con la cámara IR2 a bordo de la nave espacial Akatsuki, luego de un profundo procesamiento de los bordes. Las partes brillantes muestran dónde la cobertura de nubes es delgada. Bordeadas por las líneas punteadas de color amarillo, podemos ver la estructura con forma de banda, que tiene escala planetaria. (derecha) La estructura de banda a escala planetaria según la reconstrucción de las simulaciones realizadas con el programa AFES-Venus. Las partes brillantes muestran una fuerte circulación descendente. (Crédito de la imagen: JAXA/Akatsuki/AFES-Venus.

Habitualmente Venus es llamado el planeta gemelo de la Tierra debido a su tamaño y gravedad similares, pero el clima es muy diferente en el segundo planeta desde el Sol. Venus rota en una dirección opuesta a la Tierra, y mucho más lentamente (algo así como una rotación cada 243 días terrestres). Mientras tanto, unos 60 kilómetros sobre la superficie del planeta, un veloz viento del Este circunda Venus en unos 4 días terrestres, a 360 kilómetros por hora, fenómeno atmosférico conocido como superrotación atmosférica.

El cielo de Venus está completamente cubierto de gruesas nubes de ácido sulfúrico, que están ubicadas a una altitud de 45-70 kilómetros, haciendo difícil observar la superficie del planeta con telescopios asentados en la Tierra y con orbitadores circunvalando el planeta. Las temperaturas superficiales alcanzan unos abrasadores 460 grados Celsius, un entorno riguroso para las observaciones con sondas espaciales que ingresen a él. Debido a estas condiciones, aún permanecen desconocidos muchos fenómenos atmosféricos respecto de Venus.

Para resolver el rompecabezas de la atmósfera venusina, la nave espacial japonesa Akatsuki comenzó a orbitar Venus en diciembre de 2.015. Uno de sus instrumentos de observación es la cámara infrarroja “IR2”, que mide longitudes de onda de 2 μm (0.002 mm.) o micrómetros. Esta cámara puede capturar de manera detallada la morfología de las nubes en los más bajos niveles, a unos 50 kilómetros de la superficie. Los rayos ópticos y ultravioletas son bloqueados por las capas de las nubes superiores, pero merced a la tecnología infrarroja, las estructuras dinámicas de las nubes inferiores están siendo reveladas gradualmente.

Antes de que comenzara la misión Akatsuki, el equipo de investigación en cuestión desarrolló un programa llamado AFES-Venus para calcular simulaciones de la atmósfera de Venus. En la Tierra, utilizando simulaciones numéricas, el fenómeno atmosférico es investigado y previsto, a toda escala, para el pronóstico meteorológico diario, en los reportes de ciclones y en la anticipación del cambio climático desarrollado por el calentamiento global. Para Venus, las dificultades de observación convierten en más importantes las simulaciones numéricas, aunque este mismo asunto también hace que la seguridad de las simulaciones sea difícil de confirmar.

Realmente, AFES-Venus ha tenido éxito en reproducir los vientos superrotacionales y las estructuras de la temperatura polar de la atmósfera de Venus. Utilizando Earth Simulator, una supercomputadora de la Agencia Japonesa para la Ciencia y la Tecnología Marino-Terrestre (JAMSTEC, por Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology), el equipo de investigación creó simulaciones numéricas en una resolución espacial alta. Sin embargo, a causa de la baja calidad del estudio observacional previo a Akatsuki, era difícil probar que las simulaciones eran reconstrucciones seguras.

Verificación de la seguridad

Este estudio comparó información detallada del estudio observacional de los niveles inferiores de Venus tomada por la cámara IR2 a bordo de Akatsuki con las simulaciones de alta resolución del programa AFES-Venus. La parte de la izquierda de la Figura 1 muestra los niveles inferiores de las nubes de Venus capturadas por la cámara IR2. Adviertan las gigantescas bandas casi simétricas a través de los hemisferios septentrional y meridional. Cada banda tiene cientos de kilómeros de ancho y se extiende en sentido diagonal por casi 10.000 kilómetros. Este patrón fue revelado por primera vez por la cámara IR2, y el equipo la denominó estructura de banda a escala planetaria. Una escala con la estructura de banda como la verificada en Venus no ha sido observada jamás en la Tierra, y puede ser un fenómeno único de Venus. Utilizando las simulaciones de alta resolución de AFES-Venus, el equipo reconstruyó el patrón, como se puede advertir en la parte derecha de la imagen 1. La similitud entre estas estructuras y las observaciones con la cámara prueban la exactitud de las simulaciones de AFES-Venus.

Luego, a través de análisis detallados de los resultados de la simulación generada por AFES-Venus, el equipo reveló el origen de esta estructura con forma de banda. La clase de esta estructura es un fenómeno conectado de manera bastante cercana al clima diario de la Tierra: corrientes polares en chorro. En las latitudes medias y altas de la Tierra, la dinámica a gran escala de los vientos (inestabilidad baroclínica) forma ciclones extratropicales, sistemas migratorios de alta presión, y corrientes en chorro polares. Los resultados de las simulaciones mostraron el mismo mecanismo en funcionamiento en las capas de nubes de Venus, sugiriendo que las corrientes en chorro podrían haberse formado a latitudes altas. En latitudes bajas, una onda atmosférica debido a la distribución de flujos a gran escala y al efecto de rotación planetaria (onda de Rossby), genera vórtices enormes a través del ecuador, a 60 grados de latitud en ambas direcciones (ver la porción izquierda de la segunda imagen que acompaña este artículo). La onda de Rossby también se combina con una gran fluctuación atmosférica ubicada sobre el ecuador (onda ecuatorial de Kelvin) en los niveles más bajos de las nubes, preservando la simetría entre los hemisferios.

Este estudio reveló la gigantesca estructura de banda a escala planetaria en los niveles más bajos de nubes de Venus, replicó esa estructura con simulaciones, y sugirió que esa estructura de banda es formada por dos tipos de fluctuaciones atmosféricas (ondas), la inestabilidad baroclínica y las corrientes en chorro. La exitosa simulación de la estructura de banda a escala planetaria formada por múltiples fenómenos atmosféricos es evidencia de la exactitud de las simulaciones para los fenómenos individuales calculados en este proceso.

Hasta ahora, los estudios climáticos de Venus estuvieron mayormente enfocados en cálculos promedio del Este al Oeste. Este hallazgo elevó a un nuevo nivel el estudio del clima de Venus, en el que es posible una análisis tridimensional detallado de la estructura nubosa de Venus. El siguiente paso, a través de la colaboración entre Akatsuki y AFES-Venus, es resolver el rompecabezas climático de Venus, el mellizo de la *Tierra, velado por una gruesa nube de ácido sulfúrico.

El artículo “Planetary-scale streak structure reproduced in high-resolution simulations of the Venus atmosphere with a low-stability layer”, cuyos autores son Hiroki Kashimura, Norihiko Sugimoto, Masahiro Takagi, Yoshihisa Matsuda, Wataru Ohfuchi, Takeshi Enomoto, Kensuke Nakajima, Masaki Ishiwatari, Takao M. Sato, George L. Hashimoto, Takehiko Satoh, Yoshiyuki O. Takahashi, Yoshi-Yuki Hayashi, fue publicado en Journal Nature Communications.

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