Surface de Vénus, observée par la sonde Magellan (Magalhães) de la NASA, qui a cartographié toute la surface de la planète à l’aide d’un radar au début des années 1990. On observe des signes d’activité volcanique et des cratères d’impact. Crédit : NASA/JPL
Bien qu’elle soit proche de la Terre et qu’elle ait presque la même taille, Venus is another world. Underneath its thick mantle of acid sulfuric clouds, at the surface 460 degrees Celsius are the rule. This temperature is kept by the greenhouse effect of a virtually carbon dioxide only atmosphere. Seventy kilometers above, one has to withstand a perpetual wind storm, the product of the so called Venus superrotation.[1] Une équipe de chercheurs dirigée par l’Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IAstro.[2]) est encore plus proche d’expliquer le lien entre ces caractéristiques infernales.
Une étude publiée dans la revue Atmosphèredirigée par Pedro Machado, de l’IAstro et de la Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (Ciências ULisboa), présente l’ensemble de mesures le plus détaillé et le plus complet jamais réalisé de la vitesse du vent dans Vénus parallèlement à l’équateur (vent zonal) et à l’altitude du fond de la couche nuageuse. L’un des résultats inédits est la mesure simultanée de la vitesse du vent à deux hauteurs différentes, distantes de 20 kilomètres. L’équipe a enregistré une différence de vitesse du vent d’environ 150 kilomètres par heure plus rapide au sommet des nuages, ce qui renforce l’hypothèse selon laquelle l’énergie est transférée de la chaleur des couches inférieures à la circulation générale de l’atmosphère.
Conception d’artiste de la surface de Vénus. Crédit : J. Whatmore
“Les vents s’accélèrent au fur et à mesure que l’on s’élève vers des altitudes croissantes, mais nous ne savons pas encore pourquoi”, explique Pedro Machado. “Cette étude apporte beaucoup de lumière à ce sujet, car nous avons réussi à étudier pour la première fois la composante verticale du vent, c’est-à-dire comment l’énergie des couches inférieures et plus chaudes est transportée jusqu’au sommet des nuages, où elle conduit à l’accélération des vents.”
La température au niveau du sol atteint 460 degrés Celsius et produit un rayonnement infrarouge (nommé émission thermique), qui réchauffe l’air et le fait monter. Ce rayonnement traverse les régions les plus transparentes de la base des nuages, à environ 48 kilomètres au-dessus de la surface. Lorsque l’on observe Vénus dans l’infrarouge, on voit cette lumière rayonner de la chaleur de la surface, et les silhouettes des nuages, opaques et sombres, deviennent visibles.
Système de géoréférencement utilisé dans les observations de Vénus depuis le sol, le même système utilisé par les sondes spatiales en orbite autour de Vénus. A droite, ce système est appliqué à une observation de la face nocturne de Vénus (la face diurne à gauche est masquée en noir). Ce système permet d’attribuer à chaque pixel de l’image une latitude et une longitude avec une grande précision. Crédit : Pedro Machado, et al. 2022
En observant et en suivant les nuages à une heure d’intervalle, et en utilisant une technique de suivi améliorée par Javier Peralta, de l’Universidad de Sevilla et co-auteur de cette étude, les chercheurs ont calculé indirectement la vitesse du vent poussant ces nuages. Cette vitesse est d’environ 216 kilomètres par heure au bas de la plate-forme nuageuse et à des latitudes moyennes, diminuant de moitié à l’approche des pôles.
Ce travail a été entrepris presque d’un pôle à l’autre de la nuit en récupérant des images que l’équipe a capturées dans l’infrarouge avec le Telescopio Nazionale Galileo (TNG), à La Palma, dans les îles Canaries, entre le 11 et le 13 juillet 2012. Ces mêmes jours et dans une stratégie coordonnée, la sonde Venus Express, de l’Agence spatiale européenne (ESA), alors en orbite autour de la planète, a observé en lumière visible le sommet de la plate-forme nuageuse, à environ 20 kilomètres au-dessus, à 70 kilomètres d’altitude.
Image de Vénus dans le proche infrarouge avec le Telescopio Nazionale Galileo, dans les îles Canaries. La séquence montre le processus de soustraction de la luminosité de la partie diurne de Vénus afin d’analyser les détails de la partie nocturne. Les zones sombres à droite de la première et de la troisième image sont des nuages, tandis que les zones claires sont des zones de moindre opacité à travers lesquelles le rayonnement thermique (infrarouge) de la planète Vénus peut être observé.la surface de la planète apparaît. Image prise le 11 juillet 2012. Crédit : Pedro Machado, et al. 2022
En suivant également ces nuages, les chercheurs ont obtenu des vitesses de l’ordre de 360 kilomètres par heure. D’autres études, et des simulations informatiques indiquent que la vitesse du vent au bas des nuages est presque constante, sans différence significative entre le jour et la nuit. L’équipe a donc pu supposer que la vitesse du vent enregistrée la nuit est la même dans les basses couches de l’atmosphère le jour.
Les chercheurs ont ainsi recueilli, pour la première fois, des mesures des différences de vitesse du vent entre deux altitudes à partir d’observations simultanées, concluant que, du côté jour et en seulement 20 kilomètres, le vent parallèle à l’équateur subit un surcroît de vitesse d’environ 150 kilomètres par heure en plus. La chaleur de la surface pourrait être le moteur qui soutient ces vitesses cycloniques des vents au sommet des nuages.
La précision des données recueillies avec les télescopes sur Terre est comparable à celle des caméras infrarouges des sondes spatiales, grâce à la méthode apportée à cette étude par Javier Peralta. “Nous avons utilisé la même méthode de référencement géographique des images obtenues avec les sondes spatiales, qui a été développée par ;” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA and complemented by the European Space Agency,” Pedro Machado explains. “It’s as if the telescope here on the ground was a spaceship.”
With the success of this approach, the team will now expand their research on the vertical component of the winds with new observations from the ground coordinated with the probe currently in the orbit of Venus, the Akatsuki mission, of the Japanese space agency JAXA. This study demonstrates that the observations conducted from Earth complement the data being collected at the same time by space missions. Despite the lower spatial resolution, due to the distance our planet is from Venus, it is in general possible to have a global view of our neighbor, which space probes, due to their orbits, are not always able to get.
The next ESA mission dedicated to Venus is being planned, the EnVision. It will study the surface of the planet and try to learn about its past. Portugal is involved in the mission, and Pedro Machado leads the Portuguese consortium, in addition to being the co-investigator responsible for one of the instruments, an infrared spectrograph. “This work shows the kind of science that will be enabled with the EnVision instruments. We are already demonstrating the great relevance of the science that will be possible with this future mission.”
The experience of IAstro and of the Portuguese researchers in the understanding of the dynamics of the atmosphere of Venus will help select the wavelengths of light in which the EnVision mission will observe, as well as the most relevant atmospheric layers from a scientific viewpoint, thus contributing to the design and planning of the mission and its instruments.
It is also expected that the national participation in the mission will bring onboard the Portuguese industry in another ESA international project, with the perspective of the support of the Portuguese Space Agency, Portugal Space.
- The super-rotation of the Venus’ atmosphere is a phenomenon in which, due to the winds parallel to the equator, or zonal winds, the atmosphere circles the planet in just little more than four Earth days, that is, 60 times faster than the rotation period of the solid globe, which is 243 Earth days. Consequently, the normal wind speed relative to the ground, at 70 kilometres of altitude, is around 360 kilometres per hour.
- The Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (Institute of Astrophysics and Space Sciences – IA) is the reference Portuguese research unit in this field, integrating researchers from the University of Lisbon and the University of Porto, and encompasses most of the field’s national scientific output. It was evaluated as Excellent in the last evaluation of research and development units undertaken by Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT). IA’s activity is funded by national and international funds, including FCT/MCES (UIDB/04434/2020 and UIDP/04434/2020).
Reference: “Venus’ Cloud-Tracked Winds Using Ground- and Space-Based Observations with TNG/NICS and VEx/VIRTIS” by Pedro Machado, Javier Peralta, José E. Silva, Francisco Brasil, Ruben Gonçalves and Miguel Silva, 17 February 2022, Atmosphere.
DOI: 10.3390/atmos13020337
