Vênus parece manter dois relógios incompatíveis. Sua superfície sólida leva cerca de 243 dias terrestres para girar uma vez em relação às estrelas distantes, enquanto o planeta completa uma órbita ao redor do Sol em cerca de 224,7 dias terrestres. Nessa definição, um dia venusiano é mais longo que um ano venusiano.
No entanto, as nuvens perto do topo da sua atmosfera circundam o planeta em aproximadamente quatro dias terrestres. Fluem para oeste a velocidades que se aproximam dos 360 quilómetros por hora, enquanto o solo no equador gira a apenas cerca de 6,5 quilómetros por hora.
Os números não são contraditórios. Eles descrevem quatro movimentos diferentes: a rotação do planeta sólido, a sua órbita, a passagem aparente do Sol através do seu céu e o ar movendo-se com uma velocidade angular muito maior do que a superfície diretamente abaixo dele.
O famoso dia é medido em relação às estrelas
Um dia pode ser medido em relação às estrelas ou ao Sol. Um dia sideral é o tempo que um planeta precisa para completar uma rotação em relação ao espaço distante. Um dia solar é o intervalo entre dois meio-dias locais sucessivos, ou duas outras posições equivalentes do Sol no céu.
NASA lista período de rotação de Vênus em 243 dias terrestres e seu ano com 225 dias. Vênus também gira retrógrada, oposta à direção em que orbita. O Sol, portanto, pareceria nascer no oeste e se pôr no leste.
Essa rotação para trás muda o relógio solar. O movimento orbital de Vênus e sua rotação trabalham juntos e não um contra o outro, trazendo o Sol de volta à mesma posição no céu após cerca de 116,75 dias terrestres. Um lugar perto do equador teria cerca de 58 dias terrestres de luz do dia, seguidos por uma noite igualmente longa, embora as nuvens opacas do planeta escondessem um disco solar afiado.
A comparação familiar “dia com mais de um ano” é, portanto, correta apenas quando dia significa uma rotação medida em relação às estrelas. Alguém vivendo na superfície e contando o meio-dia local experimentaria quase dois dias solares durante cada ano venusiano.
Isto elimina a primeira contradição aparente. O circuito de quatro dias não descreve nenhum tipo de dia no nível do solo. Descreve o material se movendo pela atmosfera.
As nuvens não estão fixas na superfície
Na Terra, o clima geralmente se move muito mais lentamente do que a rotação do planeta. Vênus inverte essa relação. Em altitudes próximas de 65 a 70 quilômetros, As observações da Venus Express da ESA rastrearam nuvens que giravam em torno de Vênus uma vez a cada quatro dias. A atmosfera nesse nível gira cerca de 60 vezes mais rápido que o planeta sólido.
Os cientistas planetários chamam isso de super-rotação atmosférica. O termo não significa que a atmosfera esteja separada de Vênus. A gravidade mantém o gás no planeta, a pressão liga cada camada às camadas acima e abaixo e a fricção acopla o ar mais baixo ao solo. Mas uma atmosfera ainda pode circular em torno de um planeta muito mais rápido do que a rotação da rocha.
Existe uma analogia terrestre útil, desde que não seja levada longe demais. As correntes de jato da Terra movem-se ao redor do globo independentemente do solo abaixo delas. Vênus levou essa separação ao extremo: as suas nuvens superiores movem-se na mesma direção oeste que a rotação retrógrada do planeta, mas a uma velocidade muito maior.
A qualificação de altura é essencial. Os ventos próximos à superfície são lentos, em parte porque a densa atmosfera inferior encontra resistência do solo. As velocidades aumentam com a altitude, tornando-se mais fortes em torno da camada superior de nuvens. Dizer que “a atmosfera de Vênus gira em quatro dias” é uma abreviação conveniente para as camadas altas e rápidas que contêm nuvens, e não para todas as parcelas de gás da superfície para cima.
Esta separação vertical também apareceu na minha análise anterior sobre a razão pela qual a camada de nuvens de Vénus continua a fazer parte da discussão sobre habitabilidade. As condições a cerca de 50 quilômetros de altitude diferem nitidamente da pressão esmagadora e do calor de 465 graus abaixo. Em Vênus, a altitude não é um detalhe menor.
As marés térmicas movem o momento angular
Uma atmosfera rápida não pode manter-se apenas porque o planeta gira. Vênus dificilmente gira pelos padrões planetários, e o atrito da superfície deve remover gradualmente a energia e o momento angular dos ventos. A circulação, portanto, precisa de meios para transferir o momento angular, o equivalente rotacional do momento linear, através da atmosfera.
A luz solar fornece energia de forma desigual. As nuvens de Vênus absorvem a radiação solar, aquecendo o lado diurno e criando variações em grande escala na pressão e na temperatura. Este padrão de aquecimento que se repete lentamente produz fortes marés térmicas atmosféricas. Estas são ondas globais de pressão e temperatura do ar, e não marés no oceano.
Em 2020, Takeshi Horinouchi e colegas usaram imagens e medições de temperatura da sonda japonesa Akatsuki para mapear como vários processos transportam o momento angular perto do topo das nuvens. Deles Ciência O artigo descobriu que as marés térmicas transportam momento angular para latitudes baixas, ajudando a manter o fluxo mais forte para oeste em torno do equador.
O resultado não reduziu a circulação a uma causa. Uma circulação norte-sul e vertical mais lenta tende a enfraquecer a super-rotação equatorial, afastando o momento angular das baixas latitudes. Outras ondas e turbulências contribuem de forma diferente nas latitudes médias e altas. Como Relato da JAXA sobre a análise da Akatsuki explica, a circulação observada depende da atuação conjunta desses processos.
A atmosfera também transporta calor. Seu fluxo rápido para oeste afasta o ar quente do lado diurno, há muito iluminado, enquanto a circulação mais lenta transporta energia em direção aos pólos e entre altitudes. Isto ajuda a explicar porque é que a temperatura da superfície de Vénus varia muito menos entre o dia e a noite do que o seu lento ciclo solar pode sugerir. A densa atmosfera redistribui constantemente a energia enquanto o solo rasteja sob ela.
As montanhas podem alcançar o convés de nuvens
A Akatsuki forneceu um exemplo particularmente claro de acoplamento entre a superfície e a atmosfera. Em 2015, a sonda observou uma estrutura em forma de arco com cerca de 10.000 quilómetros de comprimento. Permaneceu quase fixo acima da superfície em rotação lenta durante vários dias, mesmo enquanto as nuvens de fundo passavam.
UM artigo de 2017 em Geociências da Natureza interpretaram a feição como uma onda gravitacional gerada à medida que o fluxo da baixa atmosfera cruzava o terreno elevado de Afrodite Terra e se propagava para cima. As ondas gravitacionais se formam quando a flutuabilidade restaura o ar deslocado verticalmente, da mesma forma que as ondulações se formam quando a água é perturbada. Eles são diferentes das ondas gravitacionais no espaço-tempo.
A observação mostrou que o solo lento e as nuvens rápidas não são sistemas independentes. A topografia da superfície pode deixar uma estrutura detectável dezenas de quilômetros acima dela. Mais tarde Astronomia da Natureza análise encontraram numerosas formações estacionárias ou em movimento lento nas nuvens superiores do lado noturno, muitas delas concentradas em terrenos elevados.
As ondas geradas pelas montanhas não são uma explicação completa para a superrotação. A modelagem de 2017 ofereceu suporte preliminar para a interpretação, embora reconhecesse que a propagação através das condições próximas à superfície continuava difícil de reproduzir. O seu significado é que o momento angular pode mover-se verticalmente, bem como para norte, sul, leste e oeste. Qualquer modelo completo tem de ter em conta esta troca através de uma camada de nuvens com mais de 20 quilómetros de espessura.
Por que o planeta sólido gira para trás
A lenta rotação retrógrada do planeta sólido é um problema separado e mais antigo. Uma grande colisão no início da história de Vénus tem sido frequentemente proposta, mas a rotação moderna não é simplesmente um fóssil de um impacto. Ao longo de milhares de milhões de anos, o Sol exerceu marés gravitacionais sobre o corpo sólido, enquanto o aquecimento solar aumentou as marés térmicas na densa atmosfera de Vénus. Esses torques podem atuar em direções opostas.
Os modelos mostram que o seu equilíbrio pode suportar um estado retrógrado lento. Eles não nos dão uma reconstrução única da rotação inicial de Vênus, da atmosfera e dos possíveis oceanos. A distinção importante está entre explicar porque é que a atmosfera actualmente gira em super-rotação e explicar como é que o planeta inteiro atingiu a sua rotação actual. As duas questões interagem, mas não são intercambiáveis.
Mesmo a taxa de centrifugação moderna não é perfeitamente constante. As observações de radar baseadas na Terra obtidas de 2006 a 2020 produziram um período sideral médio de 243,0226 dias terrestres, com variações de aproximadamente 20 minutos na duração instantânea do dia. O análise de estado de spin publicada identificou trocas de impulso entre a atmosfera e o planeta sólido como um contribuinte plausível.
Vinte minutos é pouco comparado a uma rotação de 243 dias, mas é mensurável. É também um lembrete de que a atmosfera que corre acima e a rocha abaixo estão continuamente acopladas, mesmo quando as suas velocidades aparentes diferem por um factor de cerca de 60.
Quatro relógios, um planeta
Encontrei a mesma armadilha interpretativa em outras histórias planetárias. No meu artigo anterior sobre a sobrevivência do gelo nas crateras permanentemente sombreadas de Mercúrio, o planeta mais próximo do Sol ainda continha locais onde a luz solar nunca alcançou. Meu artigo sobre a chuva de metano, rios e lagos de Titã tratava de palavras meteorológicas familiares que descreviam um líquido desconhecido.
O quebra-cabeça do tempo de Vênus envolve a mesma necessidade de precisão. A rotação de 243 dias pertence à rocha e é medida em relação às estrelas. O ano de 224,7 dias pertence à órbita. O dia solar de 116,75 dias pertence ao Sol aparente. O circuito de quatro dias pertence a nuvens altas impulsionadas ao redor do planeta por uma atmosfera superrotativa.
A Akatsuki mostrou como as marés térmicas, a circulação meridional mais lenta, as ondas e a turbulência dividem o trabalho de transporte do momento angular perto do topo das nuvens. Não tornou previsíveis todas as partes da circulação venusiana, nem forneceu uma história completa da rotação retrógrada do planeta. Esses permanecem problemas separados para serem restringidos por observações e modelos.
Os quatro relógios podem funcionar juntos porque nenhum mede exatamente o mesmo movimento.
