Warum benötigt die Venus 243 Tage für eine Umrundung, die Atmosphäre jedoch nur 4 Tage für eine Umrundung der Venus?

[Mobile Software: Bo Ke Yuan] Bilder der Venussonde Akatsuki zeigen, warum die Atmosphäre der Venus schneller rotiert als der Planet selbst. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Takeshi Horinouchi von der Universität Hokkaido hat herausgefunden, dass diese „Superrotation“ in Äquatornähe durch atmosphärische Flutwellen aufrechterhalten wird, die durch die Erwärmung der Sonne während der Tagseite der Venus und ihre Abkühlung während der Nachtseite entstehen. Näher an den Polen hätten jedoch atmosphärische Turbulenzen und andere Wellenarten einen stärkeren Effekt, berichten die Forscher im Fachmagazin Science.

Die Venus dreht sich sehr langsam und benötigt 243 Erdentage für eine vollständige Umdrehung um ihre Achse. Trotz ihrer sehr langsamen Rotation rotiert die Atmosphäre der Venus 60-mal schneller nach Westen als die Venus selbst. Diese Superrotation nimmt mit der Höhe zu und benötigt nur vier Erdentage, um den gesamten Planeten in Richtung der Wolkenoberseite zu umrunden. Die sich schnell bewegende Atmosphäre transportiert Wärme von der Tagseite (Tagesseite) der Venus zur Nachtseite (Nachtseite) und verringert so den Temperaturunterschied zwischen den beiden Hemisphären.

Abbildung: Venus – Computer-simulierte globale Ansicht mit Mittelpunkt auf 90 Grad östlicher Länge (NASA/JPL).

Seit der Entdeckung der Superrotation in den 1960er Jahren blieb ihr Entstehungs- und Aufrechterhaltungsmechanismus jedoch lange Zeit ein Rätsel. Horinouchi und Kollegen vom Institute of Space and Astronautical Science (IAS, JAXA) und anderen Instituten entwickelten eine neue, hochpräzise Methode, um Wolken zu verfolgen und Windgeschwindigkeiten aus Bildern abzuleiten, die von den Ultraviolett- und Infrarotkameras der Raumsonde Akatsuki bereitgestellt werden. Die Raumsonde Dawn begann im Dezember 2015, die Venus zu umkreisen, was es den Wissenschaftlern ermöglichte, den Beitrag atmosphärischer Wellen und Turbulenzen zur Superrotation abzuschätzen.

Das Team bemerkte zunächst, dass der Unterschied in der Lufttemperatur zwischen niedrigen und hohen Breitengraden so gering war, dass er ohne die Zirkulation zwischen den Breitengraden nicht erklärt werden konnte. Da eine solche Zirkulation die Windverteilung verändern und den Superrotationsgipfel abschwächen sollte, impliziert dies auch die Existenz eines anderen Mechanismus zur Verstärkung und Aufrechterhaltung der beobachteten Windverteilung. Weitere Analysen zeigten, dass diese Aufrechterhaltung durch eine thermische Flut unterstützt wurde – eine atmosphärische Welle, die durch den Kontrast der Sonnenerwärmung zwischen Tag- und Nachtseite angeregt wird –, die für die Beschleunigung in niedrigen Breitengraden sorgte. Frühere Studien legten nahe, dass neben atmosphärischen Turbulenzen und thermischen Gezeiten auch andere Schwankungen für die Beschleunigung verantwortlich sein könnten.

Abbildung: Das System, das die Superrotation der Venusatmosphäre aufrechterhält (gelb). Thermische Gezeiten an den Äquatorgipfeln (rot) verstärken die Superrotation nach Westen. Die Atmosphäre wird durch ein duales Zirkulationssystem gesteuert: die meridionale (vertikale) Zirkulation (weiß), die langsam Wärme zu den Polen transportiert, und die Superrotation, die schnell Wärme zur Nachtseite des Planeten transportiert.

Die aktuelle Studie zeigt jedoch, dass sie in mittleren und hohen Breitengraden zwar eine wichtige Rolle spielen, in niedrigen Breitengraden jedoch den gegenteiligen Effekt haben und die Superrotation leicht verlangsamen. Die Ergebnisse enthüllen Faktoren, die die Superrotation aufrechterhalten und deuten auf ein duales Zirkulationssystem hin, das die Wärme effektiv global um den Planeten transportiert: die meridionale Zirkulation, die die Wärme langsam in Richtung der Pole transportiert und die Superrotation, die die Wärme schnell in Richtung der Nachtseite des Planeten transportiert. Diese Forschung könnte dazu beitragen, die atmosphärischen Systeme auf Exoplaneten mit Gezeitensperre besser zu verstehen. Dabei handelt es sich um Planeten, bei denen eine Seite immer dem Zentralstern zugewandt ist, ähnlich wie die Venus einen sehr langen Sonnentag hat.

Bo Ke Yuan | Forschung/Von: Universität Hokkaido

Referenzzeitschrift: Science

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