Экзопланета по соседству
Венера такого же размера, как Земля, и возникла в таких же благоприятных условиях. Сегодня это каменистый тлеющий ад. Исследователи изо всех сил пытаются понять различные разработки, потому что результаты указывают далеко за пределы нашей Солнечной системы.
Когда новоизбранная администрация США во главе с президентом Рейганом в 1982 году решила значительно сократить американские космические исследования, одной из жертв стала запланированная НАСА миссия орбитального радара Венеры. Но отдел планетологии Массачусетского технологического института прибегнул к нетрадиционным методам: ученые быстро собрали остатки других миссий и использовали их для создания более дешевого космического зонда. Сконструированный таким образом орбитальный аппарат Magellan, запущенный к Венере в 1989 году, стоил всего 680 миллионов долларов США.
1990 он был там. В течение следующих пяти лет приборы предоставили радиолокационные снимки всей поверхности планеты, данные о гравитационных аномалиях и топографическую карту Венеры. «Магеллан» был последним в длинной череде советских и американских миссий к нашей соседней планете. После запланированного в 1994 году крушения зонда на поверхности Венеры интерес НАСА к дальнейшим полетам к небесному телу размером с Землю закончился. С тех пор планировщики представили добрых два десятка предложений по новым миссиям - ни одно из них не было одобрено. Данные, собранные Magellan, представляют собой лучший картографический материал на сегодняшний день.
Hyperraum TV - это канал, посвященный науке и технологиям, которым руководит ученый в области СМИ и историк науки Сюзанна Пах.
Тем временем европейские и японские космические агентства вышли на поле с успешными миссиями на Венеру. Это привело к прорыву в понимании атмосферы и, в сочетании с новым анализом измерений Магеллана, дало понимание, которое требует переписывания некоторых учебников. Венера, по-видимому, вулканически активна, и есть даже свидетельства зарождающейся тектоники плит. Многие ученые считают такие процессы необходимым условием возникновения жизни. Теоретические модели также предполагают, что на поверхности Венеры в течение относительно долгого времени находилась вода в жидком состоянии.
Эти открытия совпадают с другим удивительным событием в астрономии: открытием тысяч экзопланет в других солнечных системах. Многие из них примерно такого же размера и далеки от своих звезд, как Венера. Все, что мы узнаем о соседней планете, может улучшить наше понимание таких недоступных, далеких миров. Если мы сможем выяснить, существовали ли на Венере благоприятные для жизни условия и когда, мы также сможем лучше оценить шансы на существование жизни на подобных Венере небесных телах в остальной части Млечного Пути.
Большинство экзопланет, обнаруженных до сих пор, были найдены с использованием метода транзита. При этом астрономы изучают характерные изменения яркости звезд, возникающие при прохождении планет. Технология обеспечивает их размеры, но само по себе это мало о чем говорит. Если бы внеземной наблюдатель посмотрел на нашу солнечную систему, используя метод транзита, Венера и Земля выглядели бы почти идентичными. Первый совершенно непригоден для жизни, по крайней мере, для известных нам форм жизни, в то время как Земля была домом для сложных экосистем около четырех миллиардов лет.
Мы можем различать планеты одинакового размера, измеряя их расстояния от звезд. «Обитаемая зона» - это область, где каменистая планета может, по крайней мере теоретически, иметь жидкую воду на своей поверхности. Очевидно, это относится и к Земле. Но Венера тоже была в этом районе - возможно, довольно долго. Границы обитаемой зоны со временем смещаются наружу, потому что с возрастом солнце светит интенсивнее. Между тем, наш непохожий близнец лежит в названной в его честь зоне Венеры. В этом регионе звездной системы испарение жидкой воды вызывает «парниковый эффект», который в конечном итоге приводит к кипению океанов и их полному исчезновению.
Горячий финиш после многообещающего старта
Венера и Земля изначально формировались в очень похожих условиях. Кометы, вероятно, принесли лед на поверхности обеих планет. Моделирование ранней Венеры показывает, что жидкая вода была здесь, вероятно, более распространена, чем на Земле. Он мог оставаться там примерно миллиард лет назад. Однако сегодня Венера крайне негостеприимна. Как это произошло? Является ли Венера конечным состоянием всех пригодных для жизни планет такого размера, или она просто представляет собой одну из многих возможных судеб таких небесных тел?
Нашим поискам ответов частично мешает плотная, почти непрозрачная атмосфера планеты. Высоко наверху облака серной кислоты, а давление воздуха на землю сравнимо с давлением воды в километре ниже поверхности земных океанов. Атмосфера здесь, состоящая в основном из углекислого газа, настолько плотная, что газ становится так называемой сверхкритической жидкостью со свойствами как газа, так и жидкости.
В отличие от нашего мира, Венера не имеет магнитного поля, защищающего ее от солнечного ветра. На протяжении тысячелетий этот постоянный поток энергетических частиц мог расщепить испарившуюся воду планеты на водород и кислород. Легкий водород быстро улетел в космос. В то же время из-за отсутствия поверхностных вод парниковый газ углекислый, который постоянно улетучивается из недр планеты, не мог никуда выбрасываться. Поэтому он накапливается в атмосфере. Сегодня температура на Венере более чем на 400 градусов по Цельсию выше, чем на Земле из-за парникового эффекта, вызванного CO2
Единственные данные, которые у нас есть непосредственно с поверхности Венеры, - это данные советских спускаемых аппаратов «Венера» 1970-х и 1980-х годов. Они прожили всего несколько минут в экстремальных условиях, но за короткое время передали некоторую информацию о химическом составе окружающей их среды. Кроме того, наши минералогические знания основаны прежде всего на противоречивых интерпретациях радиолокационных измерений с орбиты и на предположениях о химических реакциях между горными породами и газами планеты при преобладающих давлениях и температурах..
Но с тех пор исследователи обнаружили, что можно нанести на карту камни на Венере с орбиты. Для этого вы должны смотреть через соответствующие окна в электромагнитном спектре, так сказать, где излучение не поглощается углекислым газом в атмосфере. К счастью, они как раз изучают участки, где дают о себе знать минералы оливин и пироксен, типичные для вулканических пород. Возможно, мы наконец-то сможем точнее определить состав планеты.
Европейский космический аппарат Venus Express, изучавший планету с 2006 по 2014 год, использовал одно из окон. Это дало исследователям первую карту тепла, излучаемого поверхностью большей части южного полушария. Данные также содержат спектральную информацию, т. е. характерные пики на кривых интенсивности, которые можно использовать для идентификации минералов в почве.
На карте также есть множество так называемых горячих точек. Такие районы выделяют так много тепла, что наиболее вероятным объяснением является молодой вулканизм. Таким образом, Венера, возможно, все еще геологически активна, в отличие, скажем, от Луны, которая в этом отношении долгое время была спокойной, и Марса, где вулканизм в лучшем случае носит спорадический характер.
Возможно, Венера просто показывает, как начинается тектоника плит
На Земле вулканизм связан с тектоникой плит, т.е. движением частей земной коры друг против друга. Он отвечает за многие геологические образования на нашей планете, а также стабилизировал долгосрочные климатические циклы. Это способствовало более высокоразвитой жизни на Земле или даже сделало ее возможной. Тектонические процессы формируют новую кору на срединно-океанических хребтах Земли и выталкивают части обратно в мантию в других местах. Оба процесса позволяют нашей планете обмениваться теплом и химическими соединениями между ее внутренней и внешней частями. Вулканизм приносит воду на поверхность, удерживает атмосферу в некотором равновесии и создает среду обитания над уровнем моря. По этим и другим причинам вопрос о том, проявляет ли Венера такие явления, и почему или почему нет, так важен для многих исследователей.
Согласно разрозненным данным, тектоника плит на Земле началась примерно четыре миллиарда лет назад. До наших дней сохранились лишь некоторые следы. В любом случае, мы толком не знаем, как планета, покрытая базальтом и, возможно, уже покрытая океанами, переходит в сложную систему движущихся плит. Одна из гипотез состоит в том, что горячий материал изнутри поднимается, ослабляя кору и внешнюю мантию (в совокупности называемую литосферой). Поверхность растрескивается, и расплавленная порода под давлением может привести к сильному вулканизму, подобному тому, который наблюдается как на Земле, так и на Венере. Нагрузка извергнутого материала на расколотую литосферу может вызвать опускание затронутых частей и вызвать субдукцию, когда один слой скользит под другим. Если этот процесс происходит достаточно часто, он запускает тектонику плит.
Возможно, что происходит на сегодняшней Венере. Литосфера на Венере горячая и тонкая - вероятно, такая же, как и на Земле. Некоторые регионы поразительно напоминают земные зоны субдукции. Примером может служить Артемида Корона, круглое образование вблизи экватора Венеры. Его размер примерно такой же, как у Алеутской впадины, впадины на морском дне у берегов Аляски. Такие особенности могли бы отметить места на Венере, где материал из мантии поднимается на поверхность и давит на кору. Лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование также указывают на то, что это зоны субдукции.
Изображения, доступные на данный момент, имеют слишком низкое разрешение, чтобы судить наверняка. Но, по-видимому, тектоника на Венере находится на ранних стадиях своего развития. Магеллановы изображения не показывают признаков взаимосвязанных плит - вместо этого мы видим отдельные пятна, где начинается субдукция, каждое вокруг таких круглых областей восходящего материала. Но почему этого не произошло раньше и как это будет продолжаться?
Если Венера со временем остынет, развивающиеся в настоящее время разломы могут сохраниться, и планета может подвергнуться такому же переходу к тектонике плит, что и Земля. Этот процесс и связанная с ним стабилизация атмосферы могут быть распространены не только в нашей Солнечной системе, но и на экзопланетах. Так что есть важные причины для дальнейших миссий на соседнюю планету. С более точными изображениями и спектрами ученые могли бы ответить на ключевые вопросы о венерианском вулканизме и тектонике плит.
NASA регулярно выбирает небольшие, относительно недорогие миссии в рамках своей программы Discovery. Двое из нас (Смрекар и Дьяр) участвуют в планировании предполагаемого космического корабля под названием VERITAS (излучательная способность Венеры, радионаука, InSAR, топография и спектроскопия). Он будет записывать поверхность гораздо более подробно и иметь на борту спектрометр в дополнение к камере. Другие рабочие группы также разрабатывают концепции. Это могло бы дать новому поколению планетологов шанс лучше понять, почему наш сосед пошел по такому иному пути, чем Земля, и узнать больше о том, что делает такие небесные тела пригодными для жизни.
Подробное видео о Венере можно найти здесь.