두꺼운 구름으로 뒤덮인 금성의 표면은 오랫동안 태양계 환경 중 가장 신비롭고 직접 관찰하기 어려운 곳 중 하나였습니다. 극한의 온도와 압력에서 제한된 데이터를 잠시 반환한 착륙 임무는 소수에 불과했습니다. 이제 소르본 대학의 과학 연구팀이 주도한 새로운 연구에 따르면 이러한 희박한 데이터 조건에서도 과학자들은 정밀한 모델링을 통해 산발적인 관측에서 표면 근처 바람장, 온도 변화 및 먼지 이동에 대한 중요한 법칙을 추출할 수 있습니다.

논문의 첫 번째 저자인 소르본 대학의 막상스 르페브르(Maxence Lefèvre)는 이전 금성 임무의 측정 결과를 기반으로 표면 근처 바람과 먼지 이동에 초점을 맞춘 지역 수치 모델을 구축하는 팀을 이끌었습니다. 목표는 다가오는 차세대 금성 탐사 임무를 위해 실제 환경에 더 가까운 "일기 예보"를 제공하는 것입니다. 이번 연구는 금성의 표면을 고지대(산)와 저지대(평원), 열대와 극지로 구분해 행성 전체를 획일적인 환경으로 취급하는 대신 각각의 온도 변화 진폭, 풍향, 속도 패턴, 그에 따른 먼지 상승 능력 등을 분석했다.

과거 데이터는 금성에 성공적으로 착륙한 탐사선 "베네라(Venera)" 시리즈에서 나온 것입니다. 관측에 따르면 금성 표면 근처의 풍속은 초당 약 1m에 불과하며 이는 지구의 일반적인 풍속인 초당 약 20m, 화성 일부 지역의 경우 최대 초당 40m보다 훨씬 낮은 것으로 나타났습니다. 그러나 금성의 대기는 극도로 밀도가 높기 때문에 이렇게 두꺼운 대기를 이러한 풍속으로 가속하려면 엄청난 양의 에너지가 필요합니다. 따라서 풍속이 높지 않더라도 표면 온도 분포와 먼지 부유물에 미치는 영향은 여전히 ​​중요합니다.

연구에 따르면 금성의 하루 낮과 하루는 지구의 117일과 거의 같습니다. 이렇게 극도로 긴 낮과 밤의 주기는 극적이지만 지역적으로 대기의 차이를 촉발할 것입니다. 저위도 열대 지방의 고지대 지역은 낮 동안 태양에 의해 가열되며, "오르막 바람"이라고 불리는 지표 근처 바람이 경사면을 따라 위쪽으로 분다(기술 용어는 "내리막 바람" 또는 "아나바틱 바람"임). 밤에는 적외선 복사로 표면이 냉각된 후 차가운 공기가 경사면을 따라 아래로 흐르면서 "사면풍"("카타바틱 바람")을 형성합니다.

이러한 유형의 일주 풍향 역전은 지역 풍장의 형태를 바꿀 뿐만 아니라 표면 온도 변동에도 직접적인 영향을 미칩니다. 논문의 계산에 따르면 내리막 바람으로 인한 단열 압축 온난화의 영향을 받는 고지대에서는 낮과 밤의 온도 차이가 1켈빈 미만으로 "고정"되어 밤의 표면 냉각 효과를 크게 상쇄합니다. 대조적으로 유사한 조정 메커니즘이 없는 저지대에서는 낮과 밤의 온도 차이가 약 4켈빈에 도달할 수 있습니다. 이는 금성의 산에서는 바람장이 어느 정도 '온도 조절기' 역할을 한다는 것을 의미합니다.

극에 가까운 지역에서는 패턴이 다릅니다. 그곳에서는 지구 근처의 바람이 일년 내내 거의 연속적으로 내리막 방향으로 흐르고 극 지역의 지속적인 적외선 열 방출로 인한 장기적인 "상쇄"는 또 다른 형태의 온도 안정화 메커니즘을 형성합니다. 연구팀은 유럽의 '엔비전(EnVision)', 미국의 '베리타스(VERITAS)' 등 향후 다수의 금성 궤도 임무가 극지방 관측에 초점을 맞출 예정인 만큼, 이번 새로운 모델은 극지방의 기후와 표면 특성을 이해하는 데 핵심적인 배경을 제공한다고 지적했다.

착륙 임무와 더 직접적인 관련이 있는 것은 NASA의 금성 대기 및 표면 탐사 임무인 "DaVINCI"입니다. 현재 계획에 따르면 착륙 모듈은 기복이 심한 지형이 있는 적도 근처에 위치한 지역인 "Alpha Regio"(Alpha Regio)라고 불리는 높은 고원 근처로 하강할 예정입니다. 새로운 연구 결과에 따르면 알파 하이랜드 표면적의 약 45%는 입자 크기가 약 75미크론인 "고운 모래"를 들어올릴 수 있을 만큼 충분한 풍속을 갖고 있는 것으로 나타났습니다. 이는 DaVINCI 탐사선이 접근 및 착륙 단계에서 연속적인 미세 입자 먼지 환경에 직면할 가능성이 높으며 그 강도도 지역의 낮과 밤 주기에 따라 변경된다는 것을 의미합니다. 이 발견은 감지기 구조 설계, 센서 보호 및 하강 타이밍 계획에 대한 중요한 조기 경고로 간주됩니다.

이러한 분석을 달성하기 위해 과학 연구팀은 새로운 지역 시뮬레이션 방법을 채택했습니다. 그들은 더 이상 금성 표면 전체를 모델링하려고 시도하지 않고 서로 다른 지형과 위도를 각각 독립적으로 해결하여 풍장, 온도 및 먼지 특성을 계산할 수 있는 여러 "기상 단위"로 나누었습니다. 이 논문은 또한 현재 모델에 여전히 개선의 여지가 있음을 인정합니다. 예를 들어, 다양한 표면 물질의 알베도 및 열 관성을 기반으로 보다 자세한 열물리적 매개변수를 도입할 수 있으며, 다양한 온도에서 금성 대기의 이산화탄소가 지배하는 가스의 적외선 흡수 특성을 보다 정확하게 특성화할 수 있습니다.

그러나 연구원들은 미래의 착륙 및 궤도 비행 임무가 실제로 금성에 도착하기 전에 과학계가 모델을 반복하고 수정할 시간이 아직 남아 있다고 강조했습니다. DaVINCI와 같은 임무가 현장 측정을 수행함에 따라 이러한 지역 풍장 시뮬레이션은 새로운 데이터를 해석하는 데 중요한 참고 자료가 될 것이며 탐사선 착륙 지점 근처에서 발생할 수 있는 비정상적인 온도 판독값과 먼지 특성을 설명하는 데 도움이 될 것입니다. 관련 결과는 "금성의 표면 온도 및 먼지 수송에 대한 표면 근처 바람의 영향"이라는 제목으로 "Journal of Geophysical Research: Planets" 하위 호에 게재되었습니다.