Венера не имеет погодных сезонов, обладает медленным вращением и очень массивной атмосферой, которая главным образом состоит из углекислого газа с капельками серной кислоты. Инфракрасные наблюдения Венеры сделанные предыдущими миссиями показали яркую особенность двойного вихря на северном полюсе, окруженного холодным воротником. Полярное образование - это гигантский вихрь с двойным глазом в центре, который вращается вокруг полюса. Холодное полярное кольцо (воротник) - широкая река холодного воздуха, который циркулирует вокруг полярного вихря. Один вопрос остался без ответа, была ли такая глобальная циркуляция симметричной, т.е. существовал ли такой же двойной вихрь на Южном полюсе Венеры. Во время современных наблюдений ученые зарегистрировали облака с морфологией очень схожей с Северным полюсом, но с более быстрой циркуляцией. Южный полярный вихрь может проникать на более низкие уровни облаков, которые лежат примерно на 50 км высоте. Спектроскопические свойства облаков вокруг Южного полюса совместимы с Северным полюсом.

Рис.1 a-d последовательность четырех изображений полученных в диапазоне 5.05 микрометра (38 орбита - 28 мая 2006) с временным интервалом в один час, изменение температуры (Тв) фиксируется изменением яркости изображений. Вращающийся вихрь заметен даже с таких больших расстояний. Хорошо заметно изменение оси вихря со временем. Красный круг отмечает Южный полюс Венеры. Желтая кривая параллельна - 70° широтам. Холодное кольцо располагается за пределами этой линии, но его наиболее холодное место можно заметить на правом участке изображений. Центр вихря смещен на 4° относительно полюса.

    Ученые использовали спектрометр VIRTIS (видимый и инфракрасный спектр) космического аппарата Venus Express для наблюдения за Южным полюсом Венеры. VIRTIS измеряет интенсивность излучения в длинах волн между 0.3 и 5 мкм. Этот диапазон чувствителен к температурным изменениям и к степени прозрачности облаков. Несмотря на некоторые погрешности в несколько кельвинов спектрометр VIRTIS в состоянии получить температурный профиль мезосферы (60-100 км). Рис. 1 (ИК диапазон) показывает, что атмосферная структура на Южном полюсе имеет S-образную форму. Южный полярный вихрь также имеет два центра вращения, в направлении против часовой стрелки, окружен холодным кольцом-воротником. Таким образом и двойной вихрь и холодный воротник на Южном полюсе аналогичны таким же образованиям на северном полюсе, которые были зарегистрированы еще аппаратом Pioneer Venus. Разница заключается в направлении вращения. На Северном полюсе такое супер вращение происходит по часовой стрелке. Горизонтальный градиент температур наиболее заметен на высоте в 60 км. Температура наблюдаемая в вихре составляет 250К, в то время как в кольце-воротнике ее показатель всего лишь 210К. Это различие хорошо проиллюстрировано на Рис. 2. Детальная структура двойного глаза урагана показанная на изображениях 1 и 2 не всегда наблюдается. Имеющий овальную форму вихревой диполь с меньшим контрастом и переменной морфологией более часто наблюдался спектрометром VIRTIS во время первых нескольких месяцев исследований.
    Изображения "диполя", полученные в течении первых 45 дней исследований Venus Express, указывают на то что вихрь вращается с периодом -2.48 +/- 0.05 дня. Отрицательное значение указывает на то, что диполь вращается в ту же сторону что и вся атмосфера Венеры вместе с планетой, а это вращение ретроградное по отношению к Земле и большинству других планет Солнечной системы. Южный вихрь несколько быстрее северного (по данным Pioneer Venus, 1979 год, от -2.79 до -3.21 дня). Возможно это различие вызвано полусферической ассиметрией. Временная изменчивость может быть вызвана внешним источником, например, солнечным излучением или может возникнуть из динамической неустойчивости в атмосферной циркуляции. Наблюдения VIRTIS, к сожалению, носили спорадический характер из-за постепенного ввода в действие других приборов аппарата, поэтому определить изменчивость для южного вихря не удалось. Однако это будет выяснено во время следующих наблюдений.

Рис.2 Температурные изменения полярного вихря и холодного воротника в диапазоне 5.05 микрометра на высотах, приблизительно, в 60 км. Самая теплая область соответствует эллипсу полярного вихря, Т=250К - красная область на дневной стороне Венеры. Изменения темперауы в эллипсе не превышает 8К. Самая холодная область (темная) соответсвует холодному кольцу-воротнику. Диаграмма справа показывает изменение температуры с высотой, где зеленая линия соответсвует зеленой точке на холодном кольце, а красная линия - красной точке в вихре, как видно изменения Т в вихре меньше.

    Анализ трехмерных атмосферных тепловых полей указывает, что регионы с холодной атмосферой (210К) связаны с холодным кольцом-воротником на уровне с давлением в 65 мбар (65 километровая высота). Эта пространственная структура исчезает на высотах (>75 км).
    Вертикальный атмосферный температурный градиент (изменения) в диапазоне от 100 до 50 мбар (приблизительно 68 километровая высота) внутри "S" фигуры кажется умеренным - в диапазоне от 0 до -3К/км, в то время как над холодным воротником наблюдаются сильные инверсии - их значение доходит до 6К/км. Другой слабый максимум в вертикальных температурных профилях проявляется при давлении 0.2 мбар (приблизительно 95 км высота) с пиковой температурой в пределах от 185К-195К. Самое холодное место "воротника" вокруг полярного вихря - это на утренней стороне терминатора. Центр диполя с тепловой точки зрения на 4° отдален от геометрического Южного полюса, хотя это смещение очевидно изменяется со временем. Структура диполя-вихря на различных высотах и длинах волн показана в приложении.
    Рис. 3 показывает глубокий обзор атмосферной структуры вихря в длинах волн 1.74 и 2.3 микрометра, то есть 10-20 и 20-30 километров над поверхностью. Пространственная контрастная структура получена при проходе излучения через облака, и его уменьшении при прохождении облаков с отличающимися оптическими характеристиками. Серная кислота - главный компонент облаков в полярном регионе, это было зафиксировано еще инфракрасными спектрометрами Венеры 15. По теории при длинах волн менее 1.27 микрометра альбедо частиц серной кислоты более 0.9999, по сравнению с 0.988 - 2.35 микрометра. Относительное изменение "сияния" в ИК диапазоне (в так называемых спектральных окнах) согласуется с серным составом облаков. Во время исследований было выяснено что увеличение толщины облаков совсем не влияет на рассеивающую часть спектра (< 1.27 микрометра). Это можно рассматривать как первый признак серно кислотного состава облаков в южном полярном регионе.

Рис.3 На изображениях показана ночная сторона в диапазоне: а - 1.74 мкм, b - 2.3 мкм (орбита 38). Обзоры показывают изменение темлового излучения (см. шкалу)

    Полярный регион с вихрем - это типично очень облачная область, но иногда возникают "отверстия"-окна, через которые можно проводить исследования глубоких слоев атмосферы в диапазоне длин волн 1.74 микрометра. Схема "диполя" (Рис.3) соответствующей верхнему слою облаков накладывается на схему (ИК диапазон), которая в значительной степени моделирует нижние и средние слои облаков, но с незначительными отличиями в структуре. Изображения показывают глубокие слои атмосферы Венеры и указывают на то что вихрь может доходить до 50 километровой высоты, а возможно и глубже.
    Наблюдения VIRTIS обычно показывают сильную корреляцию между деталями наблюдаемыми в диапазоне 5.0 и 3.8 микрометра, предполагается, что сияние в этом диапазоне длин волн может зависеть от тепловой эмиссии облаков на приблизительно одинаковом уровне высот. Но одновременные наблюдения в УФ и ИК диапазоне, проведенные на орбите 29 (19 мая 2006 - см. приложение) показали сильную антикорреляцию темных ультрафиолетовых особенностей облаков и ярких эмиссионных областей в ИК диапазоне в диполе и в спиральном рукаве вокруг. Одно из возможных объяснений - темные ультрафиолетовые особенности поглощают больше солнечного излучения и фактически более теплые, чем яркие УФ особенности, но нагревание под действием солнечного излучения менее эффективно в высоких широтах в полярном регионе.

---

Структура диполя-вихря Венеры     Структура южного полярного вихря в различных длинах волн: 38 орбита - ночная сторона до изображения f, 29 орбита - ночная и дневная сторона g и h. Изображения a,b,c показывают структуру верхнего слоя облаков на уровне 65 км в диапазоне 5.1, 4.15, 3.8 мкм соответственно. Изображения d,e,f - более низкие облака на высоте 50 км в диапазоне 1.27, 1.74, 2.3 мкм. Изображения g (орбита 29): 3.8 мкм - левая дневная сторона и 5.1 мкм - правая ночная сторона. Изображение h - 400 нм - видимый диапазон.     Стоит обратить внимание на сильное соответствие между темными облачными особенностями в видимом диапазоне (h) и яркими эмиссионными областями в ИК диапазоне (g). Группа i показывает смежные области вихря (красный и синий спектр соответствуют красной и синей точке на изображении f). Всплеск интенсивности в правой стороне диаграммы соответствует тепловому излучению, всплески в диапазоне 1.74 и 2.3 мкм объясняются различной толщиной облаков. Вертикальные пунктирные линии на диаграмме i, представляют длины волн, соответствующие изображениям a - g. Светлые области - регионы, где облака более тонкие, темные области - облака более толстые.

---