Explorando el secreto de Venus que puede estar escondido en el calor de la noche


A pesar de estar cerca de la Tierra y tener casi el mismo tamaño, Venus es otro mundo. Debajo de su espeso manto de nubes de ácido sulfúrico, en la superficie la temperatura es de 460 grados centígrados. Esta temperatura se mantiene por el efecto invernadero de una atmósfera prácticamente solo de dióxido de carbono. Setenta kilómetros más arriba, hay que soportar una tormenta de viento perpetua, producto de la llamada superrotación de Venus. Un equipo de investigadores dirigido por el Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IAstro) está aún más cerca de explicar el vínculo entre estas características infernales.

Un estudio publicado en la revista Atmosphere, dirigido por Pedro Machado, de IAstro y Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (Ciências ULisboa), presenta el conjunto de mediciones más detallado y completo jamás realizado de la velocidad del viento en Venus paralelo a la ecuador (viento zonal) y a la altura del fondo de la cubierta de nubes. Uno de los resultados novedosos fue la medición simultánea de la velocidad del viento a dos alturas distintas separadas 20 kilómetros. El equipo registró una diferencia en la velocidad del viento de unos 150 kilómetros por hora más rápido en la parte superior de las nubes, lo que refuerza la hipótesis de que la energía se transfiere del calor de las capas inferiores a la circulación general de la atmósfera.

«Los vientos se aceleran a medida que avanzamos hacia altitudes cada vez mayores, pero aún no sabemos por qué», dice Pedro Machado. “Este estudio arroja mucha luz sobre esto, porque logramos estudiar por primera vez la componente vertical del viento, es decir, cómo la energía de las capas más bajas y más calientes se lleva hasta la parte superior de las nubes, donde conduce a la aceleración de los vientos».

Concepción artística de la superficie de Venus. Crédito: J. Whatmore.

La temperatura a nivel del suelo alcanza los 460 grados centígrados y produce una radiación infrarroja (denominada emisión térmica), que calienta el aire y lo hace ascender. Esta radiación atraviesa las regiones más transparentes del fondo de las nubes, aproximadamente a 48 kilómetros sobre la superficie. Cuando se observa a Venus en el infrarrojo, vemos que esta luz irradia del calor de la superficie, y las siluetas de las nubes, opacas y oscuras, se hacen visibles.

Observando y siguiendo las nubes en intervalos de una hora, y utilizando una técnica de seguimiento mejorada por Javier Peralta, de la Universidad de Sevilla y coautor de este estudio, los investigadores calcularon indirectamente la velocidad del viento que empuja esas nubes. Esta velocidad es de alrededor de 216 kilómetros por hora en la parte inferior de la cubierta de nubes y en latitudes medias, disminuyendo a la mitad más cerca de los polos.

Sistema de georreferenciación utilizado en las observaciones de Venus desde tierra, el mismo sistema utilizado por las sondas espaciales que orbitan Venus. A la derecha, este sistema se aplica a una observación del lado nocturno de Venus (el lado diurno de la izquierda está enmascarado en negro). Este sistema permite asignar a cada píxel de la imagen una latitud y longitud con gran precisión. Crédito: Pedro Machado, et al. 2022

Este trabajo se realizó casi de polo a polo en el lado nocturno recuperando imágenes que el equipo captó en el infrarrojo con el Telescopio Nazionale Galileo (TNG), en La Palma, Islas Canarias, entre el 11 y el 13 de julio de 2012. En esos mismos días y en una estrategia coordinada, la sonda Venus Express, de la Agencia Espacial Europea (ESA), entonces en órbita alrededor del planeta, observó en luz visible la parte superior de la cubierta de nubes, unos 20 kilómetros por encima, a 70 kilómetros de altitud.

También rastreando esas nubes, los investigadores obtuvieron velocidades del orden de los 360 kilómetros por hora. Otros estudios y simulaciones por computadora indican que la velocidad del viento en el fondo de las nubes es casi constante, sin diferencias significativas entre el día y la noche. Luego, el equipo pudo asumir que la velocidad del viento registrada por la noche es la misma en las capas inferiores de la atmósfera en el lado diurno.

Los investigadores recogieron así, por primera vez, medidas de diferencias en la velocidad del viento entre dos altitudes a partir de observaciones simultáneas, concluyendo que, en el lado diurno y en tan solo 20 kilómetros, el viento paralelo al ecuador sufre un aumento de velocidad de unos 150 kilómetros por hora más. El calor de la superficie puede ser el motor que sustenta estas velocidades ciclónicas de los vientos en la parte superior de las nubes.

La precisión de los datos recogidos con telescopios en la Tierra es comparable a la de las cámaras infrarrojas de las sondas espaciales, gracias al método aportado a este estudio por Javier Peralta. “Utilizamos el mismo método de referenciación geográfica de las imágenes obtenidas con las sondas espaciales, que fue desarrollado por la NASA y complementado por la Agencia Espacial Europea”, explica Pedro Machado. «Es como si el telescopio aquí en la tierra fuera una nave espacial».

Con el éxito de este enfoque, el equipo ampliará ahora su investigación sobre la componente vertical de los vientos con nuevas observaciones desde tierra coordinadas con la sonda actualmente en la órbita de Venus, la misión Akatsuki, de la agencia espacial japonesa JAXA. Este estudio demuestra que las observaciones realizadas desde la Tierra complementan los datos recopilados al mismo tiempo por las misiones espaciales. A pesar de la menor resolución espacial, debido a la distancia entre nuestro planeta y Venus, en general es posible tener una visión global de nuestro vecino, que las sondas espaciales, debido a sus órbitas, no siempre pueden obtener.

Imagen en el infrarrojo cercano de Venus con el Telescopio Nazionale Galileo, en las Islas Canarias. La secuencia demuestra el proceso de restar el brillo del lado diurno de Venus para analizar los detalles del lado nocturno. Las áreas oscuras a la derecha de la primera y tercera imagen son nubes, mientras que las áreas claras son áreas de menor opacidad a través de las cuales aparece la radiación térmica (infrarroja) de la superficie del planeta. Crédito: Pedro Machado, et al. 2022

Se está planificando la próxima misión de la ESA dedicada a Venus, la EnVision. Estudiará la superficie del planeta e intentará aprender sobre su pasado. Portugal está involucrado en la misión, y Pedro Machado lidera el consorcio portugués, además de ser el coinvestigador responsable de uno de los instrumentos, un espectrógrafo infrarrojo. «Este trabajo muestra el tipo de ciencia que se habilitará con los instrumentos de EnVision. Ya estamos demostrando la gran relevancia de la ciencia que será posible con esta futura misión».

La experiencia de IAstro y de los investigadores portugueses en la comprensión de la dinámica de la atmósfera de Venus ayudará a seleccionar las longitudes de onda de luz en las que observará la misión EnVision, así como las capas atmosféricas más relevantes desde un punto de vista científico, contribuyendo así al diseño y planificación de la misión y sus instrumentos.

También se espera que la participación nacional en la misión incorpore a la industria portuguesa en otro proyecto internacional de la ESA, con la perspectiva del apoyo de la Agencia Espacial Portuguesa, Portugal Space.

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