Het oppervlak van Venus, gehuld in dikke wolken, is lange tijd een van de meest mysterieuze en moeilijk direct waarneembare omgevingen in het zonnestelsel geweest. Slechts een paar landingsmissies hebben kortstondig beperkte gegevens opgeleverd onder extreme temperaturen en druk. Nu laat een nieuwe studie onder leiding van een wetenschappelijk onderzoeksteam van de Sorbonne Universiteit zien dat zelfs onder zulke schaarse gegevensomstandigheden wetenschappers nog steeds belangrijke wetten over windvelden aan het oppervlak, temperatuurveranderingen en stoftransport uit verspreide waarnemingen kunnen halen door middel van nauwkeurige modellering.

De eerste auteur van het artikel, Maxence Lefèvre van de Sorbonne Universiteit, leidde een team om een ​​regionaal numeriek model te bouwen dat zich richtte op wind- en stofbewegingen aan het oppervlak, gebaseerd op de meetresultaten van eerdere Venus-missies. Het doel is om een ​​‘weersvoorspelling’ te geven die dichter bij de werkelijke omgeving ligt voor de komende nieuwe generatie Venus-verkenningsmissies. De studie verdeelde het oppervlak van Venus in verschillende regio's, waarbij onderscheid werd gemaakt tussen hooglanden (bergen) en laaglanden (vlaktes), tropische en poolgebieden, en analyseerde hun respectievelijke amplitudes van temperatuurveranderingen, windrichting en snelheidspatronen, en de daaruit voortvloeiende stofopwekkende capaciteiten, in plaats van de hele planeet als een uniforme omgeving te behandelen.

Historische gegevens zijn afkomstig van de serie "Venera" sondes die met succes op Venus zijn geland. Uit zijn waarnemingen blijkt dat de windsnelheid nabij het oppervlak van Venus slechts ongeveer 1 meter per seconde bedraagt, wat veel lager is dan de typische windsnelheid van ongeveer 20 meter per seconde op aarde en zelfs tot 40 meter per seconde in delen van Mars. Omdat de atmosfeer van Venus echter extreem dicht is, vereist het versnellen van zo'n dikke atmosfeer tot deze windsnelheden een enorme hoeveelheid energie. Daarom is de impact op de verdeling van de oppervlaktetemperatuur en de stofophanging nog steeds aanzienlijk, zelfs als de windsnelheid niet hoog is.

Onderzoek wijst uit dat één dag en één nacht op Venus ongeveer gelijk staat aan 117 dagen op aarde. Deze ultralange dag- en nachtcyclus zal dramatische maar regionale verschillen in de atmosfeer veroorzaken. In de tropen op lage breedtegraden worden hooglandgebieden overdag verwarmd door de zon, en winden aan de oppervlakte waaien omhoog langs de hellingen, "opwaartse winden" genoemd (de technische term is "neerwaartse winden" of "anabatische winden"); 's Nachts, nadat het oppervlak is afgekoeld door infraroodstraling, stroomt koude lucht langs de hellingen naar beneden en vormt zo "neerwaartse winden" ("katabatische winden").

Dit type omkering van de dagelijkse windrichting hervormt niet alleen het lokale windveld, maar heeft ook rechtstreeks invloed op schommelingen in de oppervlaktetemperatuur. Uit berekeningen in het artikel blijkt dat in de hooglanden, die worden beïnvloed door de adiabatische compressieopwarming veroorzaakt door neerwaartse winden, het temperatuurverschil tussen dag en nacht binnen minder dan 1 Kelvin wordt 'opgesloten', wat het afkoelingseffect van het oppervlak 's nachts grotendeels compenseert; in laaglandgebieden waar een soortgelijk aanpassingsmechanisme ontbreekt, kan het temperatuurverschil tussen dag en nacht daarentegen ongeveer 4 Kelvin bereiken. Dit betekent dat in de bergen van Venus de windvelden tot op zekere hoogte fungeren als ‘temperatuurregulator’.

In gebieden dicht bij de polen is het patroon anders: daar stroomt het bijna-aardse windveld het hele jaar door vrijwel continu bergafwaarts, en de langdurige "compensatie" met de continue infraroodwarmtedissipatie in de poolgebieden vormt een andere vorm van temperatuurstabilisatiemechanisme. Het onderzoeksteam wees erop dat, aangezien een aantal toekomstige missies in een baan om Venus, waaronder de Europese "EnVision" en de Amerikaanse "VERITAS", zich zullen concentreren op het observeren van de poolgebieden, dit nieuwe model een belangrijke achtergrond biedt voor het begrijpen van het klimaat en de oppervlaktekenmerken van de poolgebieden.

Directer gerelateerd aan de landingsmissie is NASA's Venus-atmosfeer en oppervlakteverkenningsmissie genaamd "DaVINCI". Volgens het huidige plan zal de landingsmodule neerdalen nabij een hoog plateau genaamd "Alpha Regio" (Alpha Regio), een gebied gelegen nabij de evenaar met aanzienlijk golvend terrein. Nieuwe onderzoeksresultaten tonen aan dat ongeveer 45% van het oppervlak van de Alpha Highlands windsnelheden heeft die voldoende zijn om "fijn zand" met een deeltjesgrootte van ongeveer 75 micron op te tillen, wat betekent dat de DaVINCI-sonde waarschijnlijk in een continue omgeving met fijne deeltjes terecht zal komen tijdens de naderings- en landingsfasen, en de intensiteit ervan zal ook veranderen met de lokale dag- en nachtcyclus. Deze ontdekking wordt beschouwd als een belangrijke vroege waarschuwing voor het structurele ontwerp van de detector, de sensorbescherming en het daaltimingschema.

Om deze analyses te realiseren heeft het wetenschappelijk onderzoeksteam een ​​nieuwe regionale simulatiemethode aangenomen. Ze probeerden niet langer het oppervlak van Venus als geheel te modelleren, maar verdeelden verschillende terreinen en verschillende breedtegraden in meerdere "meteorologische eenheden" die onafhankelijk kunnen worden opgelost om respectievelijk hun windveld-, temperatuur- en stofkarakteristieken te berekenen. Het artikel geeft ook toe dat er nog steeds ruimte is voor verbetering in het huidige model. Er kunnen bijvoorbeeld meer gedetailleerde thermofysische parameters worden geïntroduceerd op basis van de albedo en thermische traagheid van verschillende oppervlaktematerialen, of de infraroodabsorptie-eigenschappen van gassen die worden gedomineerd door koolstofdioxide in de Venus-atmosfeer bij verschillende temperaturen kunnen nauwkeuriger worden gekarakteriseerd.

De onderzoekers benadrukten echter dat de wetenschappelijke gemeenschap nog tijd heeft om het model te herhalen en te corrigeren voordat toekomstige batches van landings- en baanmissies daadwerkelijk bij Venus aankomen. Omdat missies zoals DaVINCI veldmetingen uitvoeren, zullen deze regionale windveldsimulaties een belangrijke referentie worden voor het interpreteren van nieuwe gegevens en helpen bij het verklaren van mogelijke abnormale temperatuurmetingen en stofkenmerken nabij de landingsplaats van de sonde. De relevante resultaten zijn getiteld "Het effect van nabije oppervlaktewinden op de oppervlaktetemperatuur en het stoftransport op Venus" en zijn gepubliceerd in het deelnummer "Journal of Geophysical Research: Planets".