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Clouds

Another essential characteristic of Venus’ atmosphere is the thick cloud layer that covers the planet, extending from 30 to 90km, which has noticeable stratification that is surprisingly stable.

  • The upper layer, between 70 and 90km high in a cold region is a fog of aerosols smaller than a micrometre, particularly over the polar regions.
  • The main layer, of which the base is at 47 kilometres, is divided into three sub-layers and composed of fine droplets of sulphuric acid in an aqueous solution. This is generally 75% sulphuric acid (H2SO4) and 25 % water (H2O) of which the particle size distribution has several modes, 2 or 3 depending on the sub-layer, corresponding to typical particle sizes of 0.1, 1 and 10 micrometres. Chloride compounds (maybe FeCl3) are probably present at altitudes below 60 kilometres.
  • Below the main layer, one finds a tenuous fog that extends down to 30 kilometres.

In the 1960’s Venus’ clouds were first studied by spectroscopy and polarization. On the basis of this, the presence of sulphuric acid was only clearly established in 1973, and confirmed by in-situ analyses throughout many Soviet missions from Venera-12 (1978) and the American mission Pioneer Venus (1979).

Vue prise par la sonde Galileo le 4 fécrier 1990. Un filtre spatial à large bande a été appliqué de manière à faire ressortir les détails de plus faible taille. Les tons bleus ont été utilisés pour mettre en évidence les contrastes subtils au sein des nuages et pour rappeler que l’image a été obtenue à l’aide d’un filtre violet. Les nuages d’acide sulfurique indiquent une dynamique très importante dans la bande équatoriale de la planète, avec un mouvement vers la gauche (ouest).

An image from the Galileo probe dated 4 February 1990. (credit: NASA) More info

All these particles, in liquid form, form at very high altitudes, at the level of the top of the upper cloud layer, where the ultraviolet radiation from the sun can carry out photolysis on the atmospheric constituents.

In particular, SO2 gas forms SO3 in a reaction with O, coming from the photolysis of CO2, and then makes H2SO4 from H2O, which passes to liquid state due to the partial pressure of the sulphuric gases in the surrounding gas. In the low atmosphere, we can see the decomposition of fine droplets of sulphuric acid H2SO4 : migrating through the stratified cloud structure at the slow speed of about 1 mms-1. They are vapourised when they reach the hotter layers of the base of the clouds, at about 40km altitude.

Ultraviolet observations of the cloud layer revealed an intriguing phenomenon. Some zones absorb half of the solar energy received by the planet and reemit it in the form of ultraviolet radiation. Many explanations of varying levels of fantasy, where put forward: at 50km altitude microbes could be feeding on sulphuric avid and using UV light in an exotic photosynthetic process to extract energy. This is a hypothesis for extreme exobiology but to verify it, one would have to go there with balloon probes.

Image en fausses couleurs des nuages bas présents sur le côté nuit de Vénus et obtenue par l’instrument NIMS sur la sonde Galileo alors qu’elle s’approchait de la planète le 10 février 1990. Cette image représente l’énergie radiante émise par la basse atmosphère et traversant les nuages. Image précédente après traitement numérique.
Image en lumière infrarouge des nuages bas de Vénus. Cette image en fausses couleurs est une vue en infrarouge proche des nuages présent du côté nuit de Vénus obtenue par l’instrument NIMS sur la sonde Galileo alors qu’elle s’approchait de la planète le 10 février 1990. La vue représente l’atmosphère moyenne turbulente et nuageuse correspondant a des altitudes comprises entre 50 et 55 km au dessus de la surface. La couleur rouge indique la chaleur radiante émise par l’atmosphère basse brillant à travers la couche de nuages qui apparaissent quelque 10 fois plus sombres que les trous plus brillants entre les nuages. Cette couche nuageuse est à une température de -30°C. Les nuages apparaissent duveteux et formant de grandes masses compactes ; plus au Nord, ils s’étendent en filaments orientés d’est en ouest, et aux pôles, ils forment une couverture totale.
Image obtenue en lumière ultraviolette par le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA le 24 janvier 1995. En lumière ultraviolette, les structures au sein des nuages deviennent bien mieux visibles. On apperçoit par exemple une structure horizontale en forme de Y près de l’équateur. Des structures similaires ont été observées par les sondes Mariner 10 et Galileo. Cette structure pourrait indiquer la présence d’ondes atmosphériques, analogues aux cellules de hautes et basses pressions sur Terre. Les nuages aux hautes latitudes semblent suivre les lignes de même latitude. Les régions plus sombres indiquent la localisation des nuages à haute teneur en acide sulfurique près des sommets des nuages

False-colour images of the low clouds present on the night side of Venus. (credit: NASA)
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Infrared image of the lower clouds of Venus. (credit: NASA)
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Ultraviolet image obtained by the space telescope. (credit: NASA)
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