Kết quả từ tàu vũ trụ Venus Express, thu được khi - trong những tháng cuối cùng của nghề thủ công - nó lướt qua bầu không khí dày đặc của sao Kim.
Khái niệm nghệ sĩ của tàu vũ trụ Venus Express trên không trong vũ trụ dày đặc của Venus. Hình ảnh qua ESA - C. Carreau
Còn nhớ vào năm 2014 khi các nhà khoa học thuộc Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) để tàu vũ trụ Venus Express của họ - vốn quay quanh Sao Kim từ năm 2006 - đến rất gần với hành tinh khí quyển dày đặc của hành tinh đến nỗi nó trải qua lực cản của khí quyển? Sự điều động đó được gọi là thể dục nhịp điệuvà trong tháng này ESA đã công bố một số kết quả cuối cùng được gửi lại bởi Venus Express trước khi giảm mạnh cuối cùng xuống bề mặt hành tinh. Dữ liệu cho thấy bầu không khí hành tinh được gợn sóng với sóng khí quyển và lạnh hơn bất cứ nơi nào trên Trái đất. Tạp chí Vật lý tự nhiên công bố kết quả vào ngày 11 tháng 4 năm 2016.
Nhiệm vụ ESA từ Venus Express được cho là kéo dài 500 ngày, nhưng cuối cùng, tàu đã dành 8 năm để khám phá Sao Kim từ quỹ đạo, trước khi hết nhiên liệu. Rồi cuộc vui thực sự bắt đầu. Chiếc tàu bắt đầu hạ xuống có kiểm soát, càng ngày càng tiến sâu vào bầu khí quyển Venus. Các tàu sử dụng trên tàu của nó gia tốc kế để đo tốc độ của chính nó khi nó nhào lộn, hoặc lướt qua bầu khí quyển trên hành tinh.
Ingo Müller-Wodarg của Imperial College London, Vương quốc Anh, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết trong một tuyên bố từ ESA:
Aerobraking sử dụng lực cản trong khí quyển để làm chậm tàu vũ trụ, vì vậy chúng tôi có thể sử dụng các phép đo gia tốc để khám phá mật độ của bầu khí quyển Sao Kim.
Không có thiết bị Venus Express nào thực sự được thiết kế để thực hiện các quan sát không khí tại chỗ như vậy. Chúng tôi chỉ nhận ra vào năm 2006 - sau khi ra mắt - rằng chúng tôi có thể sử dụng toàn bộ tàu vũ trụ Venus Express để làm khoa học hơn.
Vào cuối những năm 1970, một tàu vũ trụ đầu tiên - NASA Venus Pioneer Venus - đã thu thập dữ liệu về bầu khí quyển Sao Kim, nhưng chỉ ở gần đường xích đạo hành tinh. Dữ liệu được sử dụng để tạo ra mô hình về cách thức hoạt động của bầu khí quyển sao Kim.
Trong khi đó, bầu không khí phía trên các cực chưa từng được nghiên cứu tại chỗ. Müller-Wodarg và các đồng nghiệp thu thập được quan sát của họ trong khi Venus Express là trong một quỹ đạo cực, ở độ cao khoảng 80 dặm (130 km) trên vùng cực Venus’, từ 18 Tháng Sáu - 11 Tháng 7, 2014.
Ánh xạ các sóng mật độ trong tầng nhiệt độ thấp hơn Venus Venus. Tín dụng hình ảnh: ESA / Venus Express / VExADE / Müller-Wodarg et al., 2016
Các phép đo mới này đã được sử dụng để kiểm tra mô hình cũ hơn và, như mọi khi xảy ra khi chúng ta nhìn thấy thiên nhiên chi tiết hơn, các nhà khoa học đã có những bất ngờ.
Họ đã tìm thấy bầu không khí trên các cực của Venus Venus lạnh hơn nhiều so với dự kiến, với nhiệt độ trung bình khoảng -250 Fahrenheit (-157 ° C). Các phép đo nhiệt độ gần đây bằng dụng cụ SPICAV của Venus Express (SPectroscopy để điều tra các đặc điểm của khí quyển của sao Kim) đồng ý với phát hiện này.
Bầu không khí vùng cực cũng không dày đặc như mong đợi; 80 dặm (130 km) ở độ cao, nó là 22% nhẹ hơn dự đoán. Cao hơn một chút, và nó thậm chí còn ít mật độ hơn dự đoán. Müller-Wodarg nói:
Các mật độ thấp hơn này có thể ít nhất một phần là do các xoáy cực của Sao Kim, là các hệ thống gió mạnh ngồi gần các cực hành tinh. Gió trong khí quyển có thể làm cho cấu trúc mật độ trở nên phức tạp và thú vị hơn!
Ngoài ra, vùng cực đã được tìm thấy bị chi phối bởi mạnh mẽ sóng khí quyển, một hiện tượng được cho là then chốt trong việc định hình bầu khí quyển hành tinh, bao gồm cả Trái đất. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu Venus Express để nghiên cứu mật độ khí quyển thay đổi và bị nhiễu loạn theo thời gian và họ đã tìm thấy hai loại sóng khác nhau: sóng hấp dẫn khí quyển và sóng hành tinh. Tuyên bố của họ giải thích:
Sóng trọng lực trong khí quyển tương tự như sóng chúng ta thấy trong đại dương, hoặc khi ném đá vào ao, chỉ có chúng di chuyển theo chiều dọc chứ không phải theo chiều ngang. Chúng thực chất là một gợn sóng trong mật độ của bầu khí quyển hành tinh - chúng di chuyển từ độ cao thấp hơn đến cao hơn và, khi mật độ giảm dần theo độ cao, trở nên mạnh hơn khi chúng tăng lên.
Loại thứ hai, sóng hành tinh, được liên kết với một hành tinh quay spin khi nó quay trên trục của nó; đây là những sóng có quy mô lớn hơn với thời gian vài ngày.
Chúng tôi trải nghiệm cả hai loại trên Trái đất. Sóng trọng lực trong khí quyển cản trở thời tiết và gây nhiễu loạn, trong khi sóng hành tinh có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống thời tiết và áp suất. Cả hai đều được biết là truyền năng lượng và động lượng từ vùng này sang vùng khác, và do đó có khả năng có ảnh hưởng lớn trong việc định hình các đặc tính của bầu khí quyển hành tinh.
Venus Express đã mất liên lạc với Trái đất vào tháng 11 năm 2014 và nhiệm vụ chính thức kết thúc vào tháng 12 năm 2014. Nó sẽ được ghi nhớ cho cuộc diễn tập aerobraking, đó là trải nghiệm aerobraking đầu tiên của ESA.
ESA cho biết nhiệm vụ ExoMars của họ - được ra mắt vào tháng trước - mang theo một công cụ gọi là Trace Gas Orbiter mà màll sẽ sử dụng một kỹ thuật tương tự. Håkan Svedhem là nhà khoa học dự án cho cả hai nhiệm vụ ExoMars 2016 và Venus Express. Anh nói:
Trong hoạt động này, chúng tôi sẽ trích xuất dữ liệu tương tự về bầu khí quyển Mars Mars như chúng tôi đã làm tại Sao Kim.
Đối với Sao Hỏa, giai đoạn aerobraking sẽ kéo dài hơn trên Sao Kim, trong khoảng một năm, vì vậy chúng tôi đã nhận được một bộ dữ liệu đầy đủ về mật độ khí quyển của Mars Mars và cách chúng thay đổi theo mùa và khoảng cách từ mặt trời.