금성의 극소용돌이 (polar vortices)

 

Copyright ESA/VIRTIS-Venus Express/INAF-IAPS/LESIA-Obs. Paris/G. Piccioni

 

10년전인 2005년 11월 9일, ESA의 비너스 익스프레스 호가 지구를 떠나 153일에 걸친 금성으로의 여정을 시작하였다.
그리고 2014년 12월 임무를 종료하기까지 8년동안 금성에 대한 세밀한 연구를 진행하였다.

 

비너스 익스프레스 호의 목적 중 하나는 이 행성의 대기를 지속적으로 관측하여 금성의 대기역학을 이해하는 것이었다.

 

금성의 대기는 모든 지구형 행성 가운데 가장 밀도가 높으며 거의 대부분이 이산화탄소로 구성되어 있다.
또한 금성의 대기는 주로 황산으로 만들어진 두꺼운 구름층에 의해 둘러싸여 있다.

 

온실가스와 영구 구름층으로 인해 금성은 극심한 온실 효과를 겪고 있으며 우리의 눈으로부터 가려져 있는 금성의 표면 온도는 450도 이상의 극단적인 고온 상태이다.
금성 표면에서 나타나는 풍속은 매우 느린 수준인 시속 수 킬로미터 수준에 지나지 않지만 대기 밀도가 높다보니 지구에서 훨씬 빠르게 부는 바람보다 훨씬 더 강력한 힘을 행사한다.
 
그런데 65킬로미터 고도의 구름 상층부에서는 전혀 다른 환경이 나타난다.
이곳에서 풍속은 시속 400 킬로미터에 육박하는데 이는 금성의 자전 속도보다 60배다 더 빠른 수준이다.

 

이러한 현상은 금성의 상층 대기에 독특한 역학과 고속효과를 만들어내는데 이중에서 가장 눈에 띄는 효과가 바로 '극소용돌이 (polar vortices)' 현상이다.

 

극소용돌이는 보다 낮은 위도에 보다 많은 태양빛이 유입되면서 발생한다.
저위도에서는 가스가 가열되어 솟아올라 극지방으로 이동하게 되고, 극지방에서는 식으면서 가라앉게 된다.
이 와중에 공기가 극지방에 몰리면서 회전 가속을 받게 되며, 마치 배수구에서 소용돌이가 만들어지듯이 나선형 하강 기류를 만들게 된다.

 

극소용돌이의 중심부에서 가라앚은 공기는 구름을 좀더 낮은 고도로 눌러 내려 수 킬로미터 정도 더 가라앉게 만들고 이 고도에서 대기 온도는 좀더 높아지게 된다.
그 결과 이 소용돌이 폭풍의 눈이 열-적외선 관측에서 선명하게 드러나게 된다.

 

이 소용돌이 폭풍의 눈은 구름 상층의 기온을 보여준다.
소용돌이 폭풍의 중심에 있는 구름은 더 높은 온도를 띠게 되어 주변 지역보다 더 노란빛을 띠게 되고 이 사진들에서 그 모습을 선명하게 드러내고 있다.

 

비너스 익스프레스는 금성의 극지역에서 나타나는 소용돌이 폭풍이 태양계에서 가장 변화무쌍하다는 것을 보여주었다.

 

이 일련의 사진들은 금성의 남극을 촬영한 것으로서 2007년 2월부터 2008년 4월까지 VIRTIS 장비를 이용하여 촬영된 것이다.
평균 지름 2,000 ~ 3,000 킬로미터 수준인 이 소용돌이 중심의 모양은 파괴적인 폭풍에 의해 난타당할 때마다 드라마틱한 변화를 보여준다.

 

이 소용돌이 폭풍은 S자 모양에서 8자 모양으로, 나선형 모양에서 눈 모양으로 그리고 또 다른 여러 형태로 빠르게 그 형태가 변화한다.

 

이 사진에 있는 각각의 사진의 폭은 대략 4000킬로미터이다.

 

출처 : ESA SPACE SIENCE 2015년 11월 9일 News
         http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2015/11/Destination_Venus

 

참고 : 금성에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다. 
          https://big-crunch.tistory.com/12346945

 

원문>

Destination: Venus

Details

• Title Destination: Venus
• Released 09/11/2015 11:28 am
• Copyright ESA/VIRTIS-Venus Express/INAF-IAPS/LESIA-Obs. Paris/G. Piccioni
• DescriptionOn 9 November 2005, 10 years ago today, ESA’s Venus Express spacecraft left Earth and began its 153-day journey to Venus. The craft then spent eight years studying the planet in detail before the mission came to an end in December 2014.The atmosphere is the densest of all the terrestrial planets, and is composed almost entirely of carbon dioxide. The planet is also wrapped in a thick layer of cloud made mostly of sulphuric acid. This combination of greenhouse gas and perennial cloud layer led to an enormous greenhouse warming, leaving Venus’ surface extremely hot – just over 450ºC – and hidden from our eyes.Winds at the 65 km-high cloud-tops, however, are a different story altogether. The higher-altitude winds whizz around at up to 400 km/h, some 60 times faster than the rotation of the planet itself. This causes some especially dynamic and fast-moving effects in the planet’s upper atmosphere, one of the most prominent being its ‘polar vortices’.In the centre of the polar vortex, sinking air pushes the clouds lower down by several kilometres, to altitudes where the atmospheric temperature is higher. The central ‘eye of the vortex’ can therefore be clearly seen by mapping thermal-infrared light, which shows the cloud-top temperature: the clouds at the core of the vortex are at a higher temperature, indicated by yellow tones, than the surrounding region, and therefore stand out clearly in these images.The shape of this vortex core, which typically measures 2000–3000 km across, changes dramatically as it is buffeted by turbulent winds. It can resemble an ‘S’, a figure-of-eight, a spiral, an eye, and more, quickly morphing from one day to the next.Poster versions with title in high-res for print are available in colour and grey scale from the ESA image gallery.
• Each of the images in this frame is roughly 4000 km across.
• Venus Express has shown that the polar vortices of Venus are among the most variable in the Solar System. This series of images of Venus’ south pole was taken with the VIRTIS instrument from February 2007 (top left) to April 2008 (bottom right).
• The polar vortices arise because there is more sunlight at lower latitudes. As gas at low latitudes heats it rises, and moves towards the poles, where cooler air sinks. The air converging on the pole accelerates sideways and spirals downwards, like water swirling around a plug hole.
• Although winds on the planet’s surface move very slowly, at a few kilometres per hour, the atmospheric density at this altitude is so great that they exert greater force than much faster winds would on Earth.
• One of the mission aims was to observe the planet’s atmosphere continuously over long periods in a bid to understand its dynamic behaviour.
• Id 349578