CIENCIAS PLANETARIASCIENCIAS PLANETARIAS

El Vó ti P l S d V óti tEl Vórtice Polar Sur de Venus caótico y permanenteEl Vórtice Polar Sur de Venus, caótico y permanente, y pI Garate-Lopez R Hueso A Sánchez-LavegaI. Garate-Lopez, R. Hueso, A. Sánchez-Lavega

Euskal Herriko Unibertsitatea / Universidad del País Vasco, Bilbao.Euskal Herriko Unibertsitatea / Universidad del País Vasco, Bilbao.(itziar garate@ehu es / Fax: 00 34 94 601 4178)(itziar_garate@ehu.es / Fax: 00 34 94 601 4178)

ResumenResumenLos vórtices polares son comunes en las atmósferas de planetas rápidamente rotantes En la Tierra y en Marte sus características están ligadas a la interacción con la superficie y suLos vórtices polares son comunes en las atmósferas de planetas rápidamente rotantes. En la Tierra y en Marte sus características están ligadas a la interacción con la superficie y su

i t i tá id l i l d i l ió t i l V l t l t t t t ti ó ti t fé i b l l t d t ó fexistencia está unida al ciclo de insolación estacional. Venus es un planeta lentamente rotante, pero tiene vórtices atmosféricos en ambos polos en los extremos de una atmósferasuperrotante [1]. A partir del estudio de los movimientos de estructuras nubosas en dos niveles de altura, usando imágenes del instrumento VIRTIS a bordo de la nave Venus Express,p [ ] p , g p ,mostramos que el vórtice polar sur es una estructura permanente y dinámicamente caótica El centro de rotación del vórtice en ambos niveles (a ~42 km y ~64 km por encima de lamostramos que el vórtice polar sur es una estructura permanente y dinámicamente caótica. El centro de rotación del vórtice en ambos niveles (a 42 km y 64 km por encima de lasuperficie) raramente coincide y ambos centros deambulan erráticamente en dirección alrededor del polo con velocidades de hasta 16 m s-1 La morfología de las nubes y los parchessuperficie) raramente coincide y ambos centros deambulan erráticamente en dirección alrededor del polo con velocidades de hasta 16 m s 1. La morfología de las nubes y los parches

á í óde vorticidad no están correlacionados y cambian constantemente. En el nivel superior las líneas de corriente muestran una circulación cerrada en la mitad de los casos, pero hayy p p ycasos de clara convergencia y divergencia de aire que implican velocidades verticales de hasta 0.2 m s-1. Al contrario que en los vórtices terrestres, el vórtice polar sur de Venus escasos de clara convergencia y divergencia de aire que implican velocidades verticales de hasta 0.2 m s . Al contrario que en los vórtices terrestres, el vórtice polar sur de Venus esuna estructura longeva e inestable debido a las fuertes cizallas vertical y meridional del viento en la nube superior y a la inestabilidad estática vertical en las nubes media e inferior yuna estructura longeva e inestable debido a las fuertes cizallas vertical y meridional del viento en la nube superior y a la inestabilidad estática vertical en las nubes media e inferior, y

ti t id l tit d l d bid l i l d d d ll f í fi l ó ti i ló ique se mantiene retenida en latitudes polares debido a la presencia a su alrededor de un collar frío que confina el vórtice ciclónico.

Figura 1: Proyecciones polares de laÓ

Pares de ∆T Figura 1: Proyecciones polares de lamorfología y medidas de viento delÓrbita Fecha

Pares de imágenes

∆T[min]

1.74µm 3.80µm 5.10µm morfología y medidas de viento delvórtice para las órbitas 310 (a) 251 (b)

imágenes [min]vórtice para las órbitas 310 (a), 251 (b),355 (c) 394 (d) y 475 (e) Las líneas de38 28 / 05 / 2006 4 60 689 – 596 355 (c), 394 (d) y 475 (e). Las líneas depuntos muestran círculos de latitud244 20 / 12 / 2006 2 120 101 puntos muestran círculos de latitudespaciados cada 5 grados La figura

244 20 / 12 / 2006 2 120 – 101 –espaciados cada 5 grados. La figurainferior del panel (a) muestra la nube251 27 / 12 / 2006 1 120 – – 93 inferior del panel (a) muestra la nubeinferior el resto de figuras son de la

251 27 / 12 / 2006 1 120 93

/ / inferior, el resto de figuras son de lanube superior El punto blanco

275 20 / 01 / 2007 1 90 193 166 –nube superior. El punto blancopresenta el centro de rotación obtenido276 21 / 01 / 2007 1 90 242 437 – presenta el centro de rotación obtenidoa partir del campo de vientos

276 21 / 01 / 2007 1 90 242 437 –a partir del campo de vientos.310 24 / 02 / 2007 1 120 339 – 332

311 25 / 02 / 2007 1 120 279 162311 25 / 02 / 2007 1 120 279 162 –

312 26 / 02 / 2007 1 120 253 119 –

Fi M d i id d

312 26 / 02 / 2007 1 120 253 119

Figura 2: Mapas de vorticidad313 27 / 02 / 2007 1 60 246 135 –relativa local (código de

1314 28 / 02 / 2007 1 60 187 83 colores, en unidades s-1) y314 28 / 02 / 2007 1 60 187 83 –líneas de corriente (líneas315 01 / 03 / 2007 1 60 151 72 –continuas) para los mismos

316 02 / 03 / 2007 1 60 151 71 casos que en la fig.1. Las316 02 / 03 / 2007 1 60 151 71 –líneas a trazos muestran los347 02 / 04 / 2007 1 60 393 94 –círculos de latitud cada 5

347 02 / 04 / 2007 1 60 393 94

grados. El punto blanco indica352 07 / 04 / 2007 5 60 930 667 –el centro de rotación y el punto

354 09 / 04 / 2007 1 60 218 94 granate el centro morfológico.354 09 / 04 / 2007 1 60 218 94 –

La mayoría de los mapas de355 10 / 04 / 2007 1 60 122 126 –vorticidad se parecen al panel

355 0 / 0 / 00 60 6

388 13 / 05 / 2007 1 60 196 95p p

(b), sin estructuras destacables.388 13 / 05 / 2007 1 60 196 95 – ( )

390 15 / 05 / 2007 1 60 148 98 –390 15 / 05 / 2007 1 60 148 98

392 17 / 05 / 2007 1 60 169 104 –

394 19 / 05 / 2007 1 60 140 100Figura 3: Superposición del mapa de vorticidad

394 19 / 05 / 2007 1 60 140 100 –Figura 3: Superposición del mapa de vorticidad(código de colores, en unidades s-1) y la morfología de396 21 / 05 / 2007 1 60 156 63 – (código de colores, en unidades s ) y la morfología dela nube superior para la órbita 475. Los círculos de

396 21 / 05 / 2007 1 60 156 63

398 23 / 0 / 200 1 60 124 99la nube superior para la órbita 475. Los círculos delatitud se muestran cada 5 grados. Los contornos398 23 / 05 / 2007 1 60 124 99 – latitud se muestran cada 5 grados. Los contornospunteados representan isolíneas de vorticidad. Las474 07 / 08 / 2007 6 60 775 – – punteados representan isolíneas de vorticidad. Lasestructuras de alta emisión térmica aparecen

474 07 / 08 / 2007 6 60 775 – –estructuras de alta emisión térmica aparecengeneralmente rodeando los parches de vorticidad475 08 / 08 / 2007 6 60 – – 1000 generalmente rodeando los parches de vorticidadciclónica máxima y pueden estar centrados en620 31 / 12 / 2007 1 60 736 ciclónica máxima y pueden estar centrados enregiones de vorticidad casi nula

620 31 / 12 / 2007 1 60 736 – –regiones de vorticidad casi nula.

NÚMERO TOTAL DE TRAZADORES 7080 3139 2021NÚMERO TOTAL DE TRAZADORES 7080 3139 2021

Tabla 1. Imágenes infrarrojas de VIRTIS-M empleadas para la medición del viento.g j p p

Figura 4: Movimientogdeambulante del centro delvórtice para las nubes inferiorp(rojo) y superior (azul) en( j ) y p ( )términos de latitud y horaylocal en geometría polar. Los Figura 5: Perfil meridional de lag pnúmeros corresponden a componente zonal del viento paraú e os co espo de aórbitas particulares. En esta la nube inferior en 1.74 µm (rojo)órbitas particulares. En estafigura se han representado y la superior en 3.8/5.1 µm (azul),figura se han representadosólo tres secuencias cortas comparadas con el perfil obtenidosólo tres secuencias cortasde órbitas, con la posición del para la base de la nube superiorde órbitas, con la posición delcentro del vórtice y la en 980nm (morado) en un análisiscentro del vórtice y latrayectoria recorrida previo [2].trayectoria recorrida.

fC ReferenciasConclusiones ReferenciasConclusiones

[1] Pi i i G t l S th l f t V i il t[1] Piccioni, G. et al. South-polar features on Venus similar to0 63 0 (200 )

En un 35% de las órbitas el vórtice presenta una forma dipolar, en un 25% es un óvalo alargado y en un 10% una estructurathose near the north pole. Nature 450, 637-40 (2007).

p p , g ycasi circular El resto de observaciones muestran el vórtice como una estructura de transición entre estas configuraciones concasi circular. El resto de observaciones muestran el vórtice como una estructura de transición entre estas configuraciones, cont t i l l L f l í d l ó ti d t bl d t d d dí (f b d [2] Sánchez-Lavega, A. et al. Variable winds on Venusestructuras irregulares en algunos casos. La morfología del vórtice puede ser estable durante decenas de días (fue observado [ ] g ,

mapped in three dimensions. Geophys. Res. Lett. 35,como un dipolo desde la inserción orbital hasta la órbita 38) [1] o puede cambiar en escalas de tiempo de tan sólo un día [3]. mapped in three dimensions. Geophys. Res. Lett. 35,L13204 doi:10 1029/2008GL033817 (2008)

como un dipolo desde la inserción orbital hasta la órbita 38) [1] o puede cambiar en escalas de tiempo de tan sólo un día [3].L13204, doi:10.1029/2008GL033817 (2008).

[3] Luz D et al Venus ’ s southern polar vortex revealsA partir de los perfiles meridionales del viento zonal obtenidos del seguimiento de nubes en imágenes de VIRTIS de la región [3] Luz, D. et al. Venus s southern polar vortex revealsprecessing circulation Science 332 577 580 (2011)

p p g g gpolar en el UV (380 nm) y en 980 nm [2] obtenemos que dentro de la incertidumbre de las medidas la cizalla vertical del precessing circulation. Science 332, 577-580 (2011).polar en el UV (380 nm) y en 980 nm [2], obtenemos que, dentro de la incertidumbre de las medidas, la cizalla vertical deli t l l tit d l d 3 5 1 k 1 l b i (64 61 k ) Si b h i ll

[ ] T ll S P ld M H l B Bi d M K & T lviento zonal en latitudes polares es de ~3 – 5 m s-1 km-1 para la nube superior (64 – 61 km). Sin embargo, hay poca cizalla

[4] Tellmann, S., Pätzold, M., Häusler, B., Bird, M.K. & Tyler,vertical, ~0.08 m s-1 km-1, entre la nube superior (~64 km) e inferior (~42 km). Además, las medidas de temperatura usando elG.L. Structure of the Venus neutral atmosphere as observed

, , p ( ) ( ) , pinstrumento VeRa a bordo de VEX [4 5] muestran que existe una tropopausa bien definida en la región polar que tiene un pico by the radio science experiment VeRa on Venus Express. J.instrumento VeRa a bordo de VEX [4,5] muestran que existe una tropopausa bien definida en la región polar que tiene un picod i ió lt d 60 k f did d d i ió d 16 K P i d l t l t bilid d

y p pGeophys. Res. 114, E00B36, doi:10.1029/2008JE003204de inversión a una altura de ~60 km y una profundidad de inversión de ~16 K. Por encima de la tropopausa la estabilidad Geophys. Res. 114, E00B36, doi:10.1029/2008JE003204(2009)estática es de ST=~10 K km-1, pero cae hacia la nube inferior (por debajo de la tropopausa) donde ST~-2 K km-1. (2009).estática es de ST 10 K km , pero cae hacia la nube inferior (por debajo de la tropopausa) donde ST 2 K km .

[5] Lee Y J et al Vertical structure of the Venus cloud top[5] Lee, Y.J. et al. Vertical structure of the Venus cloud topfrom the VeRa and VIRTIS observations onboard Venus

La imagen global que emerge sobre el vórtice polar de Venus es que por debajo de la tropopausa el vórtice esfrom the VeRa and VIRTIS observations onboard VenusE I 217 599 609 (2012)

g g q g p q p j p ptérmicamente inestable con la baja cizalla del viento favoreciendo el desarrollo del vórtice (entre las alturas 42 – 60 Express. Icarus 217, 599-609 (2012).térmicamente inestable con la baja cizalla del viento favoreciendo el desarrollo del vórtice (entre las alturas 42 60k ) P l t i l d l b i ( t 60 65 k d lt ) l t ó f té i t t blkm). Por el contrario, en la capa de la nube superior (entre 60 y 65 km de altura) la atmósfera es térmicamente estable

[6] Peralta, J. et al. Characterization of mesoscale gravitypero dinámicamente inestable debido a las fuertes cizallas vertical y meridional (~-0.02 m s-1 km-1). Por consiguiente,waves in the upper and lower clouds of Venus from VEX-

p y ( ) g ,consideramos que en la capa ocupada por la nube superior la inestabilidad asociada a la cizalla del viento determina pp

VIRTIS images. J. Geophys. Res. 113, E00B18,consideramos que en la capa ocupada por la nube superior la inestabilidad asociada a la cizalla del viento determinal i bl f l í d l b ibl l i t l f ió d d d d d S ages J Geop ys es 3, 00 8,doi:10 1029/2008JE003185 (2008)la variable morfología de las nubes con un posible acoplamiento con la formación de ondas de gravedad doi:10.1029/2008JE003185 (2008).frecuentemente observadas en las latitudes polares y causadas por la interacción con la alta estabilidad estática [6].frecuentemente observadas en las latitudes polares y causadas por la interacción con la alta estabilidad estática [6].