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La atmósfera de Venus es altamente densa e imposibilita cualquier observación directa de la superficie del planeta; imponentes conglomerados nubosos, visibles en el ultravioleta, atraviesan los cielos venusianos a alta velocidad dando una vuelta completa al planeta en sentido longitudinal en apenas 4 días. En la alta atmósfera las masas de gas ascendente alcanzan fácilmente los 350 km/h, mientras que en la proximidad de la superficie los vientos no alcanzan más de 4,5 km/h en gran parte debido a la mayor presión.
La atmósfera venusiana es atravesada por ocasionales fenómenos eléctricos de energía notable.
La presencia de una atmósfera densa y de vientos particularmente fuertes hace que la temperatura sobre la superficie sea de aproximadamente 710-740 K en todo punto del planeta, también en el hemisferio nocturno. Tales valores de temperatura son mayores que los registrados en Mercurio, que está a la mitad de la distancia al Sol que Venus. La presión atmosférica en la superficie alcanza el valor de 90 atmósferas (90 000 hPa), haciendo la exploración del planeta a nivel del suelo con sondas automáticas extremadamente difícil. Las sondas Venera, que fueron las primeras en aterrizar con éxito en la superficie de Venus, fueron diseñadas como batiscafos y no obstante apenas sobrevivieron un par de horas a las condiciones atmosféricas hostiles del planeta.
En 1761, el polimata ruso Mikhail Lomonosov observó un arco de luz rodeando la parte de Venus fuera del disco del Sol al comienzo de la fase de salida del tránsito y concluyó que Venus tenía una atmósfera.[1][2] En 1940, Rupert Wildt calculó que la cantidad de CO2 en la atmósfera venusiana elevaría la temperatura superficial por encima del punto de ebullición del agua.[3] Esto se confirmó cuando el Mariner 2 realizó mediciones radiométricas de la temperatura en 1962. En 1967, la Venera 4 confirmó que la atmósfera se componía fundamentalmente de dióxido de carbono.[3]