Десять тайн Венеры
AstroNews.ru - 09 Мая 2022 23:28:00
Поверхность Венеры совершенно неприветлива для жизни: бесплодна, суха, раздавлена атмосферой, примерно в 90 раз превышающей давление Земли, и поджарена при температурах в два раза более высоких, чем в духовке. Но всегда ли так было? Могла ли Венера когда-то быть двойником Земли - обитаемым миром с океанами жидкой воды? Это одна из многих тайн, связанных с нашим окутанным покровом родственным миром.
Прошло 27 лет с тех пор, как миссия НАСА "Магеллан" в последний раз выходила на орбиту Венеры. Это была самая последняя миссия НАСА на сестринскую планету Земли, и хотя с тех пор мы получили значительные знания о Венере, все еще существует множество загадок о планете, которые остаются неразгаданными. Миссия НАСА DAVINCI (Исследование благородных газов, химии и снимков в глубоких слоях атмосферы Венеры) надеется изменить это.
Вот десять загадок Венеры, над которыми ученые НАСА все еще бьются:
1. Была ли когда-нибудь на Венере жизнь?
Какой вопрос чаще задают, когда думают о других планетах: есть ли жизнь? Была ли когда-нибудь жизнь? Если да, то что это за жизнь? Крошечные микробы, которые напоминают простую жизнь на Земле? Или что-то из того, что мы никогда не видели?
Венера не является исключением.
"Сообщество размышляло о возможной жизни на Венере, но до тех пор, пока мы не узнаем, была ли Венера когда-либо на самом деле обитаемой в прошлом, трудно сказать что-то большее, чем эти предположения", - говорит доктор Джада Н. Арни, заместитель главного исследователя DAVINCI в Центре космических полетов Годдарда НАСА. "DAVINCI стремится помочь нам понять, была ли когда-либо Венера пригодной для жизни, что обеспечит более конкретную основу, на которой мы сможем изучить ее как возможное место обитания в прошлом для жизни… Интересно думать, что существует вероятность того, что в нашей солнечной системе два обитаемых мира соседствовали друг с другом, возможно, даже миллиарды лет, но мы еще не знаем, так ли это было".
Чтобы определить, была ли когда-либо возможна жизнь на Венере, нам сначала нужно понять окружающую среду на Венере в прошлом. Это включает в себя изучение атмосферы, геологии и истории планеты. "Мы всегда хотим задать жизненный вопрос, но пока мы не поймем контекст, в котором мы его задаем, мы не будем знать, что мы ищем, и можем быть еще более сбиты с толку или замучены", - объясняет доктор Джеймс Б. Гарвин, главный исследователь DAVINCI в НАСА.
2. Как получилось, что Венера и Земля стали такими разными?
Венера и Земля похожи по размеру и плотности, поэтому гипотетически эти планеты могут быть очень похожи. И все же они разительно отличаются друг от друга. Давление воздуха на поверхности Венеры в 90 раз превышает земное, Венера вращается вокруг своей оси в обратном направлении по сравнению с другими планетами Солнечной системы, а температура поверхности Венеры составляет более 900 градусов по Фаренгейту (более 482 градусов Цельсия), что делает ее самой горячей планетой в нашей солнечной системе - достаточно горячей, чтобы расплавить свинец. Эта экстремальная жара на поверхности Венеры обусловлена атмосферой из углекислого газа с густыми облаками серной кислоты, которая могла возникнуть в результате безудержной парниковой фазы в начале истории Венеры, которая навсегда изменила наш братский мир.
Итак, что же произошло? Всегда ли Венера была такой негостеприимной? "Почему мы такие хорошие, а они такие плохие?" - спрашивает Гарвин. "Это центральный вопрос, потому что в долгосрочной перспективе это повлияет на эволюцию нашей собственной планеты. Может быть, Венера - это раскадровка судьбы, которая поможет нам заполнить более длинную историю нашей планеты".
Эволюция Венеры во времени может помочь нам понять процессы, которые управляют глобальными изменениями в окружающей среде планеты, включая эволюцию обитаемости планеты, с последствиями для того, где мы можем найти пригодные для жизни планеты за пределами Солнечной системы. "Венера представляет собой важную иллюстрацию того, как планетарная среда может эволюционировать с течением времени, и понимание того, что эволюция имеет решающее значение для нашего мышления в поисках жизни за пределами Земли", - объясняет доктор Стефани А. Гетти, заместитель главного исследователя DAVINCI в НАСА.
3. Как образовалась Венера?
Даже этот, казалось бы, основной вопрос о происхождении Венеры все еще остается загадкой. "Для меня удивительно, что мы не знаем, образовалась ли Венера из тех же материалов ранней Солнечной системы, что Земля и Марс", - говорит Гетти. "Мы все еще не знаем, подвергалась ли Венера бомбардировке кометами и астероидами, богатыми водой, как это было на Земле". Эти кометы и астероиды, которые бомбардировали нашу родную планету, считаются важным источником воды для Земли. Понимание доставки воды на Венеру важно для оценки ее потенциала для размещения океанов в прошлом.
4. Каков состав атмосферы на Венере?
Состав атмосферы Венеры является важной частью контекста, который мы ищем, поскольку мы стремимся лучше оценить потенциальную обитаемость Венеры с течением времени. "Мы действительно не знаем важных химических веществ, содержащихся в атмосфере Венеры", - говорит Гарвин. "Мы не понимаем химических циклов, которые дают ключ к пониманию того, как она эволюционировала, и роли этих химических циклов в истории Венеры - эти неизвестные являются отпечатками пальцев, которые отсутствовали слишком долго".
Зонд DAVINCI будет измерять химический состав, давление, температуру и динамику по крайней мере каждые 200 метров при спуске через атмосферу Венеры. Одна из самых больших загадок атмосферы Венеры заключается в самой нижней, или "глубокой", атмосфере. Как правило, атмосферные газы планет ведут себя так же, как те, которые мы изучаем в средней школе по химии - их поведение можно оценить как "идеальные газы" и хорошо понять. Но в нижних слоях атмосферы Венеры (ближе всего к поверхности планеты) углекислый газ нагревается и находится под давлением до такой степени, что он действует скорее как горячая жидкость, чем газ - примерно в двенадцать раз менее плотный, чем жидкая вода. "Это странное поведение называется "сверхкритичным", и на Венере атмосфера, которая плещется вокруг поверхностных ландшафтов и горных пород, представляет собой сверхкритический углекислый газ, который плохо изучен", - говорит Гарвин. "Мы должны отправиться туда и измерить, что происходит, чтобы выяснить, как это работает в планетарном масштабе. Это означает, что на Венере открылся совершенно новый рубеж. Это новое состояние окружающей среды, к которому мы не привыкли".
5. Как образовались скалы Венеры?
Последним космическим аппаратом, успешно спустившимся через атмосферу и приземлившимся на Венере, была советская миссия "ВеГа-2" в 1985 году, которая продержалась 52 минуты на негостеприимно горячей поверхности планеты на "ночной стороне". На месте посадки он был окружен базальтовыми равнинами, образовавшимися в результате вулканизма, но некоторые высокогорные районы на Венере, как полагают, отличаются. Таким образом, поверхность Венеры остается довольно загадочной, особенно в регионах за пределами вулканических равнин.
Космический аппарат DAVINCI будет оснащен набором из четырех камер, называемых VISOR (Система визуализации Венеры для наблюдательной разведки), которые смогут определять состав горных пород на поверхности планеты. "Большая часть поверхности Венеры состоит из базальта, который образуется в результате вулканизма", - говорит Арни. "Но есть некоторые интригующие горные высокогорные районы, называемые "тессерами" (районы сильно деформированной местности), которые предполагают намеки на другой состав. Они могут быть сделаны из горных пород, которые образуются в результате взаимодействия воды и горных пород и процессов строительства континентов (что может подразумевать тектонику плит, подобную Земной), и если это так, это действительно интересно, потому что это предполагает более гостеприимные условия в прошлом Венеры". Зонд DAVINCI опустится над одной из этих "тессер", называемой Альфа Регио, и проведет измерения с помощью своего прибора Venus Descent Imager (VenDI). "Это поможет нам лучше понять, из чего сделана эта "тессера"", - объясняет Арни.
6. Сколько воды было на Венере?
Жидкая вода необходима для жизни. Мы не можем оценить прошлую обитаемость Венеры, не зная, сколько воды могло быть на Венере, а также когда и как она потеряла эту воду. Ученые могут использовать объемный химический состав горных пород, найденных на Венере, чтобы разгадать тайну воды на планете. "Если мы обнаружим "граниты" в горах Венеры, то сможем сделать вывод, что они, должно быть, содержали большое количество воды в коре Венеры, чтобы позволить им формироваться так, как они формируются на Земле", - объясняет Гарвин.
Ученые также могут использовать измерения атмосферы, чтобы понять историю воды на Венере. Масс-спектрометр зонда DAVINCI на Венере и лазерный спектрометр будут измерять состав атмосферы на протяжении всего спуска к поверхности планеты. Измеренные атмосферные сигнатуры могут дать ключ к истории прошлой воды, что может помочь ученым определить, был ли на планете ранее океан. "Мы подозреваем, но не знаем, существовали ли океаны на Венере, и если да, то когда в истории Венеры вода испарилась", - говорит Гетти.
7. Какова природа поверхностной активности на Венере?
Ученые все еще делают открытия, чтобы понять, была ли когда-либо на Венере тектоника плит земного типа и насколько эти процессы строительства гор похожи или отличаются от земных. В земной коре находится сеть относительно тонких пластин, которые перемещаются по поверхности планеты в постоянном горизонтальном движении. Если подобная тектоника плит существует на Венере сейчас или в прошлом, кора планеты должна испытывать движение плит коры в течение геологического времени, вулканизм срединно-океанического хребта (вулканическая активность, присутствующая на океанических границах между двумя плитами) и субдукцию (движение одной плиты, опускающейся под другую плиту). История тектоники Венеры по-прежнему остается активной областью исследований со многими открытыми вопросами. Некоторые ученые полагают, что Венера сохранила тектонику плит с боковыми движущимися блоками коры, в то время как другие выдвигают гипотезу, что этот период в истории Венеры давно в прошлом, возможно, когда жидкая вода была либо на поверхности, либо в изобилии в пределах коры.
В какой-то момент Венера, возможно, имела свою собственную форму тектоники плит - возможно, отличную от тектоники плит здесь, на Земле. Измерения воды и горных пород, полученные в ходе миссии DAVINCI, в сочетании с информацией о глобальном картографировании Венеры, полученной миссией ВЕРИТАС НАСА, еще одной недавно выбранной миссией на Венеру, которая управляется Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, могут быть использованы для расшифровки того, как эти тектонические структуры могли действовать на Венере и почему планета не смогла поддерживать их таким же образом, как Земля. Венера - идеальный пример для изучения того, как тектоника плит или какой-либо другой тип движения коры сохраняется или исчезает на больших скалистых планетах с атмосферой и изменяющимся объемом земной коры и поверхностных вод.
Еще одна ключевая загадка поверхности Венеры - вулканизм. Все планеты должны избавиться от своего внутреннего тепла. Для Земли для этого используется вулканизм - как сопутствующий процесс. Ученые все еще размышляют о том, является ли поверхность Венеры в настоящее время вулканически активной и в какой степени извержения происходят сегодня. Вместе миссии DAVINCI и VERITAS надеются решить эти вопросы. DAVINCI может измерять газы в атмосфере Венеры, которые могут сигнализировать о том, извергались или извергаются вулканы на Венере сегодня, в то время как орбитальный аппарат VERITAS сможет увидеть деформацию поверхностной коры, химическую характеристику недавнего вулканизма, а также тепловые потоки крупных извергающихся лав.
8. Как выглядят горы на Венере?
Предыдущие посадочные аппараты на Венеру (Venera и VeGa) фотографировали равнины Венеры после посадки на базальтовые участки поверхности, но камеры DAVINCI сделают первые в истории аэрофотоснимки с высоким разрешением гористой поверхности тессеры, когда зонд опустится над пересеченной высокогорной областью Альфа Регио.
"Место, где мы приземляемся на Венере, находится в горах", - объясняет Гарвин. "Никто никогда раньше не ходил в горы". Такие суровые горные пейзажи могут содержать подсказки о том, как сегодня работает эрозия на Венере. Аналогичным образом, они могли бы указать, играли ли осадочные породы важную роль в формировании высокогорий Венеры, как это обычно бывает на Земле.
9. Существуют ли планеты, подобные Венере, за пределами нашей Солнечной системы (экзопланеты)?
Ученые в восторге от идеи взять то, что мы узнаем от Венеры, и применить это к экзопланетам - планетам за пределами нашей Солнечной системы. Ожидается, что венероподобные экзопланеты будут обычным типом планет, наблюдаемых с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, и более точные измерения Венеры могут помочь нам понять эти отдаленные миры. "Мы сможем соотнести то, что мы обнаружим на Венере, с тем, что мы обнаружили в результате наблюдений похожих на Венеру экзопланет, наблюдаемых космическим телескопом Джеймса Уэбба в 2020-х годах", - говорит Арни. "Например, данные с Венеры могут улучшить компьютерные модели венероподобных экзопланет, которые мы будем использовать для интерпретации наших будущих наблюдений Джеймса Уэбба. Кроме того, если Венера была обитаемой в прошлом, это означает, что некоторые из этих "похожих на Венеру" экзопланет тоже могут быть обитаемыми. Таким образом, понимание истории Венеры может помочь нам понять и интерпретировать экзо-венерианские планеты, наблюдаемые в разные периоды и на разных стадиях эволюции".
10. Новые тайны, о которых мы еще даже не думали
"Один из самых захватывающих аспектов исследования планет - это открытие новых тайн, которые мы в настоящее время не можем предвидеть", - говорит Арни. "Это то, чего я с нетерпением жду больше всего". В этом суть исследования, основанного на любопытстве, и DAVINCI предложит множество возможностей для выявления и даже разрешения новых загадок. Что может скрывать Венера? Мы должны отправиться туда, чтобы выяснить это! "Венера, вот мы и пришли" - это крылатая фраза команды DAVINCI.