Вариации скорости ветра на верхней границе облаков Венеры над Землей Афродиты по многолетним УФ-наблюдениям VMC/Venus Express и UVI/Akatsuki
- Authors: Пацаева М.В.1, Хатунцев И.В.1, Титов Д.В.2, Игнатьев Н.И.1, Засова Л.В.1, Горинов Д.А.1, Тюрин А.В.1
-
Affiliations:
- Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
- Leiden Observatory, Leiden University
- Issue: Vol 58, No 2 (2024)
- Pages: 158-174
- Section: Articles
- URL: https://ter-arkhiv.ru/0320-930X/article/view/648512
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320930X24020026
- EDN: https://elibrary.ru/NUOOXJ
- ID: 648512
Cite item
Abstract
Серии последовательных УФ-изображений (365 нм) облачного покрова Венеры позволяют исследовать динамику мезосферы. Беспрецедентный по продолжительности ряд таких изображений получен камерами VMC на борту космического аппарата (КА) Venus Express (ESA) и UVI на борту КА Akatsuki (JAXA) c 2006 по 2022 гг. На 10° ю. ш. наблюдаются долговременные изменения средней зональной и меридиональной скоростей ветра с периодом 12.5 ± 0.5 лет. Анализ поведения среднего зонального ветра около полудня 12 ± 1 ч. при фазовых углах 60°–90° в ограниченные по времени интервалы наблюдения показывает, что вблизи минимума долгопериодической зависимости торможение горизонтального потока наблюдается над областью Овды, наиболее высокой частью Земли Афродиты, как для VMC, так и для UVI. И наоборот, ускорение наблюдается над областью Овды вблизи максимума долгопериодической зависимости. Рассматриваемые долготные вариации зональной скорости простираются от экватора до средних широт (0°–40°). Меридиональная скорость показывает долготные вариации, связанные с рельефом подстилающей поверхности, вне зависимости от того, торможение или ускорение горизонтального потока наблюдается над высокогорной частью Земли Афродиты.
Full Text

About the authors
М. В. Пацаева
Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
Author for correspondence.
Email: marina.pats@cosmos.ru
Russian Federation, Москва
И. В. Хатунцев
Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
Email: marina.pats@cosmos.ru
Russian Federation, Москва
Д. В. Титов
Leiden Observatory, Leiden University
Email: marina.pats@cosmos.ru
Netherlands, Leiden
Н. И. Игнатьев
Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
Email: marina.pats@cosmos.ru
Russian Federation, Москва
Л. В. Засова
Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
Email: marina.pats@cosmos.ru
Russian Federation, Москва
Д. А. Горинов
Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
Email: marina.pats@cosmos.ru
Russian Federation, Москва
А. В. Тюрин
Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
Email: marina.pats@cosmos.ru
Russian Federation, Москва
References
- Мингалев И.В., Родин А.В., Орлов К.Г. Численное моделирование общей циркуляции атмосферы Венеры. Влияние рельефа поверхности и режима нагрева излучением // Астрон. вестн. 2015. Т. 49. № 1. С. 27–45. (Mingalev I.V., Rodin A.V., Orlov K.G. Numerical simulations of the global circulation of the atmosphere of Venus: Effects of surface relief and solar radiation heating // Sol. Syst. Res. 2015. V. 49. № 1. P. 24–42). https://doi.org/10.1134/S0038094614060057
- Andrews D.G., Holton J.R., Leovy C.B. Middle atmosphere dynamics. Acad. Press, 1987. 489 p.
- Asai T. Three-Dimensional features of thermal convection in a plane couette low // J. Meteorological Soc. Japan. 1970. V. 48. № 1. P. 18–29. https://doi.org/10.2151/jmsj1965.48.1_18
- Baker R.D., Schubert G., James P.W. Convectively generated internal gravity waves in the lower atmosphere of Venus. Part II: Mean wind shear and wave–mean flow interaction // J. Atmos. Sci. 2000. V. 57. P. 200–215. https://doi.org/10.1175/1520–0469(2000)057<0200: CGIGWI>2.0.CO;2
- Berrevoets C., DeClerq B., George T., Makolkin D., Maxson P., Pilz B., Presnyakov P., Roel E., Weiller S. // Astrophysics Source Code Library, 2012, record ascl:1206.001, 2012ascl.soft06001B.
- Bertaux J.-L., Khatuntsev I.V., Hauchecorne A., Markiewicz W.J., Marcq E., Lebonnois S., Patsaeva M., Turin A., Fedorova A. Influence of Venus topography on the zonal wind and UV albedo at cloud top level: The role of stationary gravity waves // J. Geophys. Res.: Planets. 2016. V. 121. P. 1087–1101. https://doi.org/10.1002/2015JE004958
- Fedorova A., Marcq E., Luginin M., Korablev O., Bertaux J.-L., Montmessin F. Variations of water vapor and cloud top altitude in the Venus’ mesosphere from SPICAV/Vex observations // Icarus. 2016. V. 275. P. 143–162. http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2016.04.010
- Fukuhara T., Futaguchi M., Hashimoto G.L., Horinouchi T., Imamura T., Iwagaimi N., Kouyama T., Murakami S., Nakamura M., Ogohara K., Sato M., Sato T.M., Suzuki M., Taguchi M., Takagi S., Ueno M., Watanabe S., Yamada M., Yamazaki A. Large stationary gravity wave in the atmosphere of Venus // Nature. Geosci. 2017. V. 10. № 2. P. 85–88. https://doi.org/10.1038/ngeo2873
- Gorinov D.A., Zasova L.V., Khatuntsev I.V., Patsaeva M.V., Turin A.V. Winds in the lower cloud level on the nightside of Venus from VIRTIS-M (Venus Express) 1.74 μm images // Atmosphere. 2021. V. 12. P. 186. https://doi.org/10.3390/atmos12020186
- Herrnstein A., Dowling T.E. Effects of topography on the spin-up of a Venus atmospheric model // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. id. E04S08. http://dx.doi.org/10.1029/2006JE002804
- Hinson D.P., Jenkins J.M. Magellan radio occultation measurements of atmospheric waves on Venus // Icarus. 1995. V. 114. P. 310–327.
- Horinouchi T., Kouyama T., Lee Y.J., Murakami S., Ogohara K., Takagi M., Imamura T., Nakajima K., Peralta J., Yamazaki A., Yamada M., Watanabe S. Mean winds at the cloud top of Venus obtained from two-wavelength UV imaging by Akatsuki // Earth, Planets and Space. 2018. V. 70. id. 10. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0775-3
- Imai M., Kouyama T., Takahashi Y., Yamazaki A., Watanabe S., Yamada M., Imamura T., Satoh T., Nakamura M., Murakami S., Ogohara K., Horinouchi T. Planetary-scale variations in winds and UV brightness at the Venusian cloud top: Periodicity and temporal evolution // J. Geophys. Res.: Planets. 2019. V. 124. P. 2635–2659. https://doi.org/10.1029/2019JE006065
- Imamura T., Ando H., Tellmann S., Pätzold M., Häusler B., Yamazaki A., Sato T.M., Noguchi K., Futaana Y., Oschlisniok J., Limaye S., Choudhary R.K., Murata Y., Takeuchi H., Hirose C. and 24 co-authors. Initial performance of the radio occultation experiment in the Venus orbiter mission Akatsuki // Earth, Planets and Space. 2017. V. 69. P. 137–147. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0722-3
- Khatuntsev I.V., Patsaeva M.V., Titov D.V., Ignatiev N.I., Turin A.V., Limaye S.S., Markiewicz W.J., Almeida M., Roatsch Th., Moissl R. Cloud level winds from the Venus Express Monitoring Camera imaging // Icarus. 2013. V. 226. P. 140–158. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2013.05.018
- Khatuntsev I.V., Patsaeva M.V., Titov D.V., Ignatiev N.I., Turin A.V., Fedorova A.A., Markiewicz W.J. Winds in the middle cloud deck from the near-IR imaging by the Venus Monitoring Camera onboard Venus Express // J. Geophys. Res.: Planets. 2017. V. 122. P. 2312–2327. https://doi.org/10.1002/2017JE005355
- Khatuntsev I.V., Patsaeva M.V., Zasova L.V., Titov D.V., Ignatiev N.I., Gorinov D.A., Turin A.V. Winds from the visible (513 nm) images obtained by the Venus monitoring camera onboard Venus Express // J. Geophys. Res.: Planets. 2022. V. 127. e2021JE007032. https://doi.org/10.1029/2021JE007032
- Lafler J., Kinman T.D. An RR Lyrae star survey with the Lick 20-inch astrograph II. The calculation of RR Lyrae periods by electronic computer // Astrophys. J. Suppl. 1965. V. 11. P. 216.
- Lee Y.J., Jessup K.L., Perez-Hoyos S., Titov D.V., Lebonnois S., Peralta J., Horinouchi T., Imamura T., Limaye S., Marcq E., and 9 co-authors. Long-term variations of Venus’ 365-nm albedo observed by Venus Express, Akatsuki, MESSENGER, and Hubble Space Telescope // Astron. J. 2019. V. 158. № 3. id. 126. https://doi.org/10.3847/1538–3881/ab312
- Lee Y.J., Kopparla P., Peralta J., Schroder S.E., Imamura T., Kouyama T., Watanabe S. Spatial and temporal variability of the 365-nm albedo of Venus observed by the camera on board Venus Express // J. Geophys. Res.: Planets. 2020. V. 125. id. e2019JE006271. https://doi.org/10.1029/2019JE006271
- Lefèvre M., Spiga A., Lebonnois S. Mesoscale modeling of Venus’ bow-shape waves // Icarus. 2020. V. 335. id. 113376. http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2019.07.010
- Lim A., Jaenisch H., Handley J., Filipovic M., White G., Hons A., Berrevoets C., Deragopian G., Payne J., Schneider M., Edwards M. Image resolution and performance analysis of webcams for ground-based astronomy // Proc. SPIE. The International Soc. Optical Eng. 2004. https://doi.org/10.1117/12.549297
- Limaye S.S., Suomi V. A normalized view of Venus // J. Atmos. Sci. 1977. V. 34. P. 205–215. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1977)034<0205: ANVOV>2.0.CO;2
- Limaye S.S. Morphology and movements of polarization features on Venus as seen from the Pioneer Orbiter Cloud Photopolarimeter data // Icarus. 1984. V. 57. P. 362–385. https://doi.org/10.1016/0019-1035(84)90124-6
- Limaye S.S., Grassi D., Mahieux A., Migliorini A., Tellmann S., Titov D. Venus atmospheric thermal structure and radiative balance // Space Sci. Rev. 2018. V. 214. id. 102. https://doi.org/10.1007/s11214-018-0525-2
- Lindzen R.S. Turbulence and stress owing to gravity wave and tidal breakdown // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P. 9707–9714. https://doi.org/10.1029/JC086iC10p09707
- Luginin M., Fedorova A., Belyaev D., Montmessin F., Wilquet V., Korablev O., Bertaux J.-L., Vandaele A.C. Aerosol properties in the upper haze of Venus from SPICAV IR data // Icarus. 2016. V. 277. P. 154–170. http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2016.05.008
- Markiewicz W.J., Titov D.V., Ignatiev N., Keller H.U., Crisp D., Limaye S.S., Jaumann R., Moissl R., Thomas N., Esposito L., Watanabe S., Fiethe B., Behnke T., Szemerey I., Michalik H., and 16 co-authors. Venus Monitoring Camera for Venus Express // Planet. and Space Sci. 2007. V. 55. № 12. P. 1701–1711. https://doi.org/10.1016/j.pss.2007.01.004
- Minnaert M. The reciprocity principle in lunar photometry // Astrophys. J. 1941. V. 93. P. 403–410. https://doi.org/10.1086/144279
- Murakami S., Yamada M., Yamazaki A., McGouldrick K., Yamamoto Y., Hashimoto G.L. Venus Climate Orbiter Akatsuki UVI Calibrated Data v1.0, VCO-V-UVI-3-CDR-V1.0 // NASA Planetary Data System. 2017. https://doi.org/10.17597/isas.darts/vco-00003
- Murakami S., Ogohara K., Takagi M., Kashimura H., Yamada M., Kouyama T., Horinouchi T., Imamura T. Venus Climate Orbiter Akatsuki UVI Longitude-Latitude Map Data v1.0. // JAXA Data Arch. Transm. Syst. 2018. https://doi.org/10.17597/isas.darts/vco-00016
- Nakamura M., Imamura T., Ishii N., Abe T., Kawakatsu Y., Hirose C., Satoh T., Suzuki M., Ueno M., Yamazaki A., Iwagami N., Watanabe S., Taguchi M., Fukuhara T., Takahashi Y., and 37 co-authors. AKATSUKI returns to Venus // Earth, Planets and Space. 2016. V. 68. id. 75. https://doi.org/10.1186/s40623-016-0457-6
- Navarro T., Schubert G., Lebonnois S. Atmospheric Mountain wave generation on Venus and its influence on the solid planet's rotation rate // Nature Geoscience. 2018. V. 11. № 7. P. 487–491. https://doi.org/10.1038/s41561-018-0157-x
- Patsaeva M.V., Khatuntsev I.V., Patsaev D.V., Titov D.V., Ignatiev N.I., Markiewicz W.J., Rodin A.V. The relationship between mesoscale circulation and cloud morphology at the upper cloud level of Venus from VMC/Venus Express // Planet. and Space Sci. 2015. V. 113. № 08. P. 100–108. https://doi.org/10.1016/j.pss.2015.01.013
- Patsaeva M.V., Khatuntsev I.V., Zasova L.V., Hauchecorne A., Titov D.V., Bertaux J.-L. Solar Related variations of the cloud top circulation above Aphrodite Terra from VMC/Venus Express wind fields // J. Geophys. Res.: Planets. 2019. V. 124. P. 1864–1879. https://doi.org/10.1029/2018JE005620
- Peralta J., Hueso R., Sánchez-Lavega A., Piccioni G., Lanciano O., Drossart P. Characterization of mesoscale gravity waves in the upper and lower clouds of Venus from VEX–VIRTIS images // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. id. E00B18. https://doi.org/10.1029/2008JE003185
- Pérez-Hoyos S., Sánchez-Lavega A., García-Muñoz A., Irwin P.G.J., Peralta J., Holsclaw G., McClintock W.M., Sanz-Requena J.F. Venus upper clouds and the UV absorber from MESSENGER/MASCS observations // J. Geophys. Res.: Planets. 2018. V. 123. P. 145–162. https://doi.org/10.1002/2017JE005406
- Piccialli A., Titov D.V., Sanchez-Lavega A., Peralta J., Shalygina O., Markiewicz W.J., Svedhem H. High latitude gravity waves at the Venus cloud tops as observed by the Venus Monitoring Camera on board Venus Express // Icarus. 2014. V. 227. P. 94–111. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2013.09.012
- Pollack J.B., Toon O.B., Witten R.C., Boese R., Ragent B., Tomasko M., Esposito L., Travis L., Wiedman D. Distribution and source of the UV absorption in Venus’ atmosphere // J. Geophys. Res. 1980. V. 85 № A13. P. 8141–8150. https://doi.org/10.1029/JA085iA13p08141
- Salby M.L. Physics of the atmosphere and climate. Cambridge Univ. Press, 2012. 718 p.
- Sánchez-Lavega A., Lebonnois S., Imamura T., Read P., Luz D. The atmospheric dynamics of Venus // Space Sci. Rev. 2017. V. 212. P. 1541–1616. https://doi.org/10.1007/s11214-017-0389-x
- Schubert G. General circulation and dynamical state of the Venus atmosphere // Venus / Eds: Hunten D., Colin L., Donahue T., Moroz V.I. Tucson, AZ: Univ. Arizona Press, 1983. P. 681–765.
- Seiff A., Schofield J.T., Kliore A.J., Taylor F.W., Limaye S.S., Revercomb H.E., Sromovsky L.A., Kerzhanovich V.V., Moroz V.I., Marov M. Ya. Models of the structure of the atmosphere of Venus from the surface to 100 kilometers altitude // Adv. Space Res. 1985. V. 5. № 11. P. 3–58. https://doi.org/10.1016/0273-1177(85)90197-8
- Svedhem H., Titov D.V., Taylor F.W., Witasse O. The Venus Express mission // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. id. E00B33. https://doi.org/10.1029/2008JE003290
- Tellmann S., Häusler B., Hinson D.P., Tyler G.L., Andert T.P., Bird M.K., Imamura T., Pätzold M., Remus S. Small-scale temperature fluctuations seen by the VeRa Radio Science Experiment on Venus Express // Icarus. 2012. V. 221. P. 471–480. http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2012.08.023
- Titov D.V., Svedhem H., Koschny D., Hoofs R., Barabash S., Bertaux J., Drossart P., Formisano V., Häusler B., Korablev O., Markiewicz W.J., Nevejans D., Pätzold M., Piccioni G., Zhang T.L., and 8 co-authors. Venus Express science planning // Planet. and Space Sci. 2006. V. 54. P. 1279–1297. https://doi.org/10.1016/j.pss.2006.04.017
- Titov D.V., Markiewicz W.J., Ignatiev N.I., Li Song, Limaye S.S., Sánchez-Lavega A., Hesemann J., Almeida M., Roatsch Th., Matz K.-D., Scholten F., Crisp D., Esposito L.W., Hviid S.F., Jaumann R., Keller H.U., Moissl R. Morphology of the cloud tops as observed by the Venus Express Monitoring Camera // Icarus. 2012. V. 217. P. 682–701. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2011.06.020
- Wilquet V., Drummond R., Mahieux A., Rober S., Vandaele A.C., Bertaux J.-L. Optical extinction due to aerosols in the upper haze of Venus: Four years of SOIR/VEX observations from 2006 to 2010 // Icarus. 2012. V. 217. P. 875–881. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2011.11.002
- Yamada T., Imamura T., Fukuhara T., Taguchi M. Influence of the cloud-level neutral layer on the vertical propagation of topographically generated gravity waves on Venus // Earth, Planets and Space. 2019. V. 71. id. 123. https://doi.org/10.1186/s40623-019-1106-7
- Yamazaki A., Yamada M., Lee Y.J., Watanabe S., Horinouchi T., Murakami S., Kouyama T., Ogohara K., Imamura T., Sato T.M., Yamamoto Y., Fukuhara T., Ando H., Sugiyama K., Takagi S., and 11 co-authors. Ultraviolet imager on Venus orbiter Akatsuki and its initial results // Earth, Planets and Space. 2018. V. 70. id. 23. https://doi.org/10.1186/s40623-017-0772-6
- Yamamoto M. Equatorial Kelvin-like waves on slowly rotating and/or small-sized spheres: Application to Venus and Titan // Icarus. 2019. V. 322. P. 103–113. http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2019.01.008
- Yamamoto M., Ikeda K., Takahashi M. Atmospheric response to high-resolution topographical and radiative forcings in a general circulation model of Venus: Time-mean structures of waves and variances // Icarus. 2021. V. 355. id. 114154. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2020.114154
- Young R.E., Walterscheid R.L., Schubert G., Seiff A., Linkin V.M., Lipatov A.N. Characteristics of gravity waves generated by surface topography on Venus: Comparison with the VEGA balloon results // J. Atmos. Sci. 1987. V. 44. № 18. P. 2628–2639. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1987)044%3C2628: COGWGB%3E2.0.CO;2
Supplementary files
