Венера — «кислотный» близнец Земли
Венера похожа на Землю по размеру и химическому составу. Эта пара планет образовалась примерно в одно время, более 4 млрд лет назад. Но, видимо, на этом сходство заканчивается. Согласно данным, полученным за год с орбитального аппарата Европейского космического агентства Venus Express, запущенного в ноябре 2005 года, вторая планета от Солнца сейчас не очень похожа на Землю — от ее жаркой поверхности до верхних слоев насыщенной кислотой атмосферы.
Температура поверхности Венеры колеблется около 465 градусов по Цельсию, ее поверхностное давление примерно в 90 раз больше, чем у Земли (что сравнимо с давлением в километре ниже уровня моря. У ближайшего соседа Земли период обращения вокруг своей оси занимает 243 дня, в отличие от быстрого 24-часового оборота Земли. Благодаря новым данным ученые знают, что атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа. Это, кстати, дает человечеству понять, к чему может привести глобальное потепление. Из-за сильной жары вода присутствует только в атмосфере планеты, поэтому здесь нет океанов. Планету штурмуют ураганы, а ее похожие на смог облака состоят из капель серной кислоты (а не воды).
И все еже Венеру и Землю часто сравнивают и называют близнецами. Почему? На это вопрос смог ответить Дмитрий Титов, ученый из Института исследований Солнечной системы имени Макса Планка в Катленбург-Линдау, Германия, и соавтор нескольких статей в журнале Nature о находках Venus Express.
Венера и Земля — на самом деле близнецы, но которые были разделены при рождении. Главный вопрос в том, почему эти близнецы такие разные.
Дмитрий Титов
Международная группа ученых занимается потоком данных с Venus Express с апреля 2006 года, когда он начал съемку Венеры. Ее минимальное расстояние до Земли составляет около 40 млн км.
На экваторе Венеры находится слой турбулентного воздушного потока, который сглаживается в более высоких широтах, отмечает Фред Тейлор, физик из Оксфордского университета и междисциплинарный ученый, участвовавший в миссии Venus Express. Скорость ветра в верхних слоях атмосферы намного выше, чем на Земле, отчасти из-за вялого вращения Венеры. Есть также свидетельства существования вихревых потоков воздуха шириной в тысячи километров на обоих полюсах. Они похожи на те, которые возникают над полюсами Земли в зимние месяцы.
Солнечные ветры (порывы ионов из внешней атмосферы Солнца, способные разрывать молекулы, с которыми они сталкиваются) всасывают частицы атмосферы Венеры, распутывают их атомы и выплевывают их в космос. Твердые частицы в атмосфере Земли в значительной степени защищены от солнечных ветров сильным магнитным полем, чего так не хватает Венере. Ученые наблюдали легкие, заряженные частицы — ионы водорода и гелия — покидающие атмосферу планеты. Но исследователи были удивлены, обнаружив и выход кислорода.
«Венера очень, очень сухая», — подчеркивает Дэвид Гринспун, астробиолог из Денверского музея природы и науки. Он добавляет, что вся вода, содержащаяся в ее атмосфере, была бы глубиной чуть более 2,5 см, если бы находилась на поверхности планеты. Однако анализ воды, покидающей атмосферу Венеры, демонстрирует, что многие ионы водорода на самом деле являются стабильным изотопом дейтерия, который состоит из протона и нейтрона (а не просто протона) в его ядре. «Количество дейтерия — важный ключ к пониманию того, сколько воды было потеряно с течением времени», — подчеркивает Гринспун. Исследователи подсчитали, что Венера потеряла как минимум океан воды с момента своего образования, основываясь на частицах дейтерия, унесенных солнечным ветром.
«Эти различия связаны не только с тем, что Венера находится ближе к Солнцу, — объясняет Фред Тейлор. — Теперь мы знаем, что отсутствие защитного магнитного поля и разные скорости вращения планет также играют роль в обеспечении высокой скорости многих атмосферных процессов на Венере, которые мы наблюдаем на Земле. Новые данные позволяют построить сценарий, в котором Венера начиналась так же, как Земля — возможно, включая обитаемую среду, миллиарды лет назад — а затем развилась до состояния, которое мы видим сейчас».
Где может обитать жизнь на Венере?
На протяжении десятилетий Венере был вынесен вердикт: это токсичный, перегретый, сокрушительный ад, где ничто не может выжить. Но все чаще на ближайшего планетарного соседа ученые обращают новый взгляд — или, по крайней мере, на его облака.
Недавние исследования объясняют, как микробная жизнь могла выжить в венерианских парах. Если новая гипотеза когда-либо подтвердится, это может побудить ученых к переоценке того, как и где мы ищем жизнь во Вселенной.
Хотя поверхность Венеры подвержена суровому давлению и температурам, некоторые слои ее атмосферы довольно хороши. Помимо Земли, атмосфера Венеры является наиболее обитаемым местом в Солнечной системе, так как ее давление и температура находятся в привычном для нас диапазоне. Тем не менее, у человека не было бы воздуха, пригодного для дыхания. Проблема серной кислоты в атмосфере, разъедающей дыхательную систему и другие жизненно важные органы, тоже никуда не исчезает.
Несмотря на суровые условия, ученые задаются вопросом, могли бы некоторые почти невидимые микробы находиться на краю одного из самых известных нам неподходящих для жизни миров? Такие выносливые организмы, как тихоходки, могут пережить радиацию, экстремальные температуры, голод, обезвоживание и даже космический вакуум. Может быть, у них есть родственники на Венере?
Карл Саган размышлял о жизни в облаках Венеры еще в 1967 году, а всего несколько лет назад исследователи предположили, что странные аномальные явления, наблюдаемые при взгляде на планету в ультрафиолете, могут быть объяснены чем-то вроде водорослей или бактерий в ее атмосфере.
Исследование, опубликованное в журнале Astrobiology ведущим астрономом Сарой Сигер из Массачусетского технологического института, предлагает вариант того, на что может быть похож жизненный цикл над Венерой. Сигер была лидером XXI века в поисках экзопланет, биосигнатур и миров, похожих на наш. В настоящее время она является заместителем директора по науке миссии НАСА для исследования транзитных экзопланет (также известного как TESS).
Сигер и ее коллеги предполагают, что наиболее вероятный способ выживания микробов над Венерой — в форме жидких капель. Но такие капли не остаются на месте, как и дождь. В конце концов они вырастают настолько, что сила тяжести берет верх. В случае Венеры это будет означать, что капли, содержащие крошечные формы жизни, падают в более горячие нижние слои атмосферы планеты, где они неизбежно высыхают.
«Единственный способ бесконечно долгого выживания — это жизненный цикл, который включает в себя высыхание микробной жизни по мере испарения жидких капель во время оседания. При этом маленькие высохшие „споры“ останавливаются и частично заселяют атмосферу Венеры, ее застойный нижний слой дымки», — объясняют авторы исследования.
Эти высохшие споры войдут в своего рода фазу гибернации, подобную той, что могут делать тихоходки, и в конечном итоге будут подняты в атмосферу и регидратированы, продолжая жизненный цикл.
Однако это лишь теория. И все же НАСА даже рассматривает возможность запуска миссии Veritas уже в 2026 году на орбиту Венеры для изучения ее облаков. Скоро могут появиться новые данные с Венеры и, возможно, новые открытия. Прогноз для планеты остается, как и в течение некоторого времени, туманным.
Как НАСА планировало заселять Венеру?
Ряд агентств, включая, конечно, НАСА, сосредоточивает усилия по исследованию Солнечной системы на Марсе. Однако на первый взгляд Марс не кажется лучшим кандидатом. Венера намного ближе — на расстоянии от 38 млн до 261 млн км по сравнению с Марсом на расстоянии 56–401 млн км. Как уже говорилось, это ближайший сосед Земли.
Венера также сопоставима по размеру с Землей — ее радиус 6 052 км, а Земли — 6 371 км. Кроме того, две планеты имеют аналогичную плотность и химический состав.
Но все остальное делает его практически незаметным для исследований. Хотя зонды были отправлены на поверхность планеты, они продержались, самое большее, всего два часа, прежде чем условия на поверхности Венеры уничтожили их. Эти условия включают в себя атмосферное давление, в 92 раза превышающее земное; средняя температура 462 градуса по Цельсию; экстремальная вулканическая активность; чрезвычайно плотная атмосфера, состоящая в основном из двуокиси углерода с небольшим количеством азота; и облачный слой, состоящий из серной кислоты.
В общем, Венеру не назвать лучшим местом для колонизации. Однако в НАСА считают, что у них есть решение, которое позволит отправить людей для изучения планеты — облачный город.
Эксплуатационная концепция высокогорной Венеры (High Altitude Venus Operational Concept) — HAVOC — представляет собой концептуальный космический аппарат, разработанный командой Управления системного анализа и концепций в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли для исследования Венеры. Эта ракета легче воздуха будет спроектирована так, чтобы находиться над кислотными облаками в течение примерно 30 дней, что позволит группе астронавтов собирать данные об атмосфере планеты.
В то время как поверхность Венеры может уничтожить человека, условия над ее облаками на высоте около 50 км похожи на земные, когда речь идет о парении. Атмосферное давление Венеры сравнимо с давлением Земли, а сила тяжести лишь немного ниже. Температура составляет около 75 градусов Цельсия, что выше комфортной, но такой температурой можно управлять. Наконец, атмосфера на этой высоте обеспечивает защиту от солнечного излучения.
Миссия должна был начаться с запуска роботизированного зонда на Венеру для проведения первоначальных проверок и исследований. После получения этих данных миссия с экипажем может провести 30 дней в плавании над планетой; за которыми последуют миссии, в которых команды из двух астронавтов будут проводить по году каждый. Конечная цель — постоянное присутствие человека в летающем облачном городе.
Город планировалось создавать с использованием существующих или почти существующих технологий. Если бы миссия был успешной, она могла бы стать началом населения колонизации Вселенной за пределами Земли.
Также НАСА планировало создать условия Венеры на Земле — уже подготовлен соответствующий документ, в котором описываются текущие возможности и возможности для выполнения именно таких тестов.
«Венера сама по себе имеет ценность как пункт назначения для исследования и колонизации, но она также дополняет текущие планы Марса», — сказал Крис Джонс из Исследовательского центра Лэнгли. Как уверяют ученые, если бы сначала была изучена Венера, у человечества было бы больше преимущество перед выполнением миссии на Марс в масштабе человека.
К сожалению, сейчас проект находится в архиве. Когда к нему смогут вернуться ученые, неизвестно. Однако НАСА предоставило возможность нам посмотреть, как выглядело бы освоение Венеры.
Могла ли Венера могла быть обитаемой в прошлом?
Согласно компьютерному моделированию древнего климата планеты, проведенному учеными из Института космических исследований имени Годдарда (GISS) НАСА в Нью-Йорке, на Венере мог быть неглубокий океан жидкой воды и пригодные для жизни температуры поверхности на протяжении до 2 млрд лет своей ранней истории.
НАСА
Результаты, опубликованные в журнале Geophysical Research Letters, были получены с помощью модели, аналогичной той, которая используется для прогнозирования будущего изменения климата на Земле.
«Многие из инструментов, которые мы используем для моделирования изменения климата на Земле, можно адаптировать для изучения климата на других планетах, как в прошлом, так и в настоящем, — объясняет Майкл Уэй, исследователь GISS и ведущий автор статьи. — Эти результаты показывают, что древняя Венера могла быть совсем другим местом, чем сегодня».
Ученые давно предположили, что Венера образовалась из составляющих, аналогичных земным, но пошла по иному эволюционному пути. Измерения, сделанные пионерской миссией НАСА к Венере в 1980-х годах, впервые предположили, что изначально на планете мог быть океан. Однако Венера ближе к Солнцу, чем Земля, и получает гораздо больше света, энергии и радиации. В результате ранний океан планеты испарился, молекулы водяного пара были разрушены ультрафиолетовым излучением, а водород улетел в космос. Из-за того, что на поверхности не осталось воды, в атмосфере накапливается углекислый газ, что приводит к парниковому эффекту, создавшему нынешние условия.
Предыдущие исследования показали, что то, как быстро планета вращается вокруг своей оси, влияет на то, есть ли на ней пригодный для жизни климат. День на Венере равен 117 земным суткам. До недавнего времени предполагалось, что для того, чтобы планета имела сегодняшнюю медленную скорость вращения, требовалась плотная атмосфера, подобная атмосфере современной Венеры. Однако более новые исследования показали, что тонкая атмосфера, подобная атмосфере современной Земли, могла дать такой же результат. Это означает, что древняя Венера с атмосферой земного типа могла иметь ту же скорость вращения, что и сегодня.
Еще один фактор, влияющий на климат планеты, — это топография. Команда GISS постулировала, что на древней Венере суши было больше, чем на Земле, особенно в тропиках. Это ограничивает количество воды, испаряемой из океанов, и, как следствие, парниковый эффект водяного пара. Этот тип поверхности кажется идеальным для обитания планеты; похоже, что было достаточно воды, чтобы поддерживать изобилие жизни, и достаточно земли, чтобы снизить чувствительность планеты к изменениям, связанным с приходящим солнечным светом.
Уэй и его коллеги из GISS смоделировали условия гипотетической ранней Венеры с атмосферой, подобной земной, с днем, равным текущему дню Венеры, и мелким океаном в соответствии с ранними данными, полученными с космического корабля Pioneer. Исследователи добавили информацию о топографии Венеры из радиолокационных измерений, сделанных миссией NASA Magellan в 1990-х годах, и заполнили низины водой, оставив горные районы обнаженными как континенты Венеры. В исследовании также учитывалось древнее солнце, которое было на 30 процентов тусклее. Несмотря на это, древняя Венера по-прежнему получала примерно на 40% больше солнечного света, чем Земля сегодня.
Исследование проводилось в рамках программы NASA Planetary Science Astrobiology в рамках программы Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), которая направлена на ускорение поиска жизни на планетах, вращающихся вокруг других звезд, или экзопланет, путем объединения идей из областей астрофизики. планетология, гелиофизика и науки о Земле. Полученные данные имеют прямое значение для будущих миссий НАСА, таких как спутник для исследования транзитных экзопланет и космический телескоп Джеймса Уэбба, которые попытаются обнаружить возможные обитаемые планеты и охарактеризовать их атмосферы.
Будущие мисии на Венеру
Каким образом эти «сестринские планеты» — Земля и Венера — эволюционировали так по-разному, является животрепещущим научным вопросом на протяжении десятилетий, и предлагаемая миссия под названием VERITAS стремится дать ответы, трансформируя наше понимание внутренней геодинамики, которая сформировала планету. Миссия может дать представление об эволюции нашей собственной планеты и даже помочь нам лучше понять скалистые планеты, вращающиеся вокруг других звезд.
VERITAS рассматривается для выбора в рамках программы NASA Discovery и будет управляться Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. Партнерами проекта являются Lockheed Martin, Итальянское космическое агентство, Немецкое космическое агентство и Французское космическое агентство.
«Венера подобна космическому подарку в результате аварии, — заявила Сюзанна Смрекар, главный исследователь VERITAS в JPL. — У вас есть эти два планетных тела — Земля и Венера, которые начинали почти одинаково, но прошли два совершенно разных эволюционных пути, но мы не знаем почему».
Последняя миссия по изучению поверхности планеты, космический корабль НАСА Magellan, завершилась в 1994 году. Хотя он дал некоторые ключи к разгадке геологии Венеры, приборы не смогли дать достоверной информации о происхождении многих особенностей поверхности планеты.
Предлагаемый к запуску в 2026 году, VERITAS будет вращаться вокруг планеты и наблюдать сквозь затененные облака с помощью мощной современной радиолокационной системы для создания трехмерных глобальных карт и спектрометра в ближнем инфракрасном диапазоне, чтобы выяснить, из чего состоит поверхность. Он также измерил бы гравитационное поле планеты, чтобы определить структуру внутренней части Венеры. Вместе эти инструменты могут дать подсказки о прошлых и настоящих геологических процессах планеты, от ее ядра до поверхности.
Читайте также
Российская вакцина против COVID-19 поступила в гражданский оборот, но к ней много претензий
На 3 день болезни большинство больных COVID-19 теряют обоняние и часто страдают насморком
Ученые выяснили, почему дети являются самыми опасными переносчиками COVID-19