«Вы вполне можете представить на Земле что Вас ожидает, если Вы случайно попадете на Венеру», – заявил Кевин МакГаудрик из Лаборатории физики атмосферы и космоса Университета Колорадо. «Нагрейте простую тарелку, чтобы она раскалилась докрасна. Положите ладонь на ее поверхность, а затем прокатитесь по этой руке грузовиком».
Планета Венера – это просто адское место. Плотная атмосфера создает просто чудовищное давление у поверхности планеты. В 92 раза большее, чем у поверхности Земли. Температура на Венере в среднем составляет около 462 ° C. Этого вполне достаточно для расплавления свинца.
Самый долгоживущий космический корабль в таких условиях проработал всего 127 минут. Рекорд установлен советской экспедицией «Венера-13». Он совершил посадку на Венеру в 1982 году.
Взгляд на Венеру
Будучи самой яркой планетой в ночном небе, Венера получила от древних астрономов имя римской мифологической богини любви и красоты. Теперь это кажется ироничным выбором. Но контраст между удаленными наблюдениями и поверхностными условиями очень полезен. Он дает ученым возможность сравнения при исследовании экзопланет.
За последние 25 лет ученые обнаружили более 3500 планет вне Солнечной системы. Подавляющее большинство этих миров не были обнаружены непосредственно. Их вычислили по едва заметному влиянию на свою родительскую звезду. Эти наблюдения обеспечивают определение размера планеты и средней энергии, получаемой ей от звезды. Но не дает никаких подробностей об условиях на поверхности планеты. Это делает современных астрономов практически «слепыми» при изучении экзопланет. Подобно тому, как древние римляне ничего не знали о мирах Солнечной системы.
В настоящее время мы не можем посетить поверхность экзопланет. Но наши знания, возможно, скоро сделают большой шаг вперед. Новые инструменты, такие как космический телескоп имени Джеймса им. Уэбба (NASA) (планируемая дата запуска 2019 года) и миссия ESA Ariel (запуск 2026), направлены на обнаружение атмосферы этих далеких миров. Окружающие планету газы являются продуктом геологии, химии и биологии планеты. И могут дать ученым представление о том, что происходит на ее поверхности.
Изучение экзопланет
Однако эту информацию трудно получить для земноподобных миров с тонкой атмосферой. Поскольку потребуется большое количество часов наблюдения. Это означает, что мы должны тщательно выбирать цели для нашего телескопа. Идеальным выбором будет планета, имеющая геологическую и биологическую активность, отражающую свое присутствие в атмосфере.
На первый взгляд абсолютно простой способ отличить друг от друга такие две планеты – это оценить какая их них находится в так называемой «зоне обитаемости» звезды. В широком смысле это область вокруг звезды, где уровни излучения таковы, что позволяют поддерживать жидкую воду на поверхности планеты. На внутреннем крае обитаемой зоны вода испаряется. И быстро покидает планету в процессе, известном как «убегающая теплица». На внешнем краю углекислый газ конденсируется в облака. И не способен удерживать достаточное количество тепла для предотвращения глобального замерзания.
Венера обладает густой атмосферой, не имеющей воды. И показывает все признаки того, что она подвергается воздействию парниковых газов. Что, казалось бы, поддерживает теорию о «крае обитаемой зоны». Но если копнуть немного глубже все становится намного сложнее. Границы обитаемой зоны традиционно рассчитываются с помощью климатических моделей для Земли. Тем не менее есть свидетельства того, что Венера никогда не была похожа на нашу родную планету.
Тектоника важна
Земная кора разбита на тектонические плиты. Однако, как считается, Венера имеет неподвижную кору. Которая не позволяет циркулировать веществу внутренней части планеты. Возможно именно с этим связано отсутствие у Венеры магнитного поля. И, вероятно, ее постигла бы судьба Марса и она потеряла бы большую часть своей атмосферы, если бы у нее не было такого мощного резервуара газов. Есть ли другие различия, мы не знаем. Потому что с 1980-х годов мы не были на поверхности Венеры.
Это означает, что путь, который привел к тому, что Венера стала невообразимым адом, скорее всего, начался задолго до того, как возникла эта «гигантская теплица».
Если отклонение от Земли первоначально было обусловлено геодинамикой или другими неклиматическими различиями (такими как неспособность образовать плиты земной коры или плохая внутренняя тепловая циркуляция, предотвращающая возникновение магнитного поля), то разница между Землей и Венерой, вероятно, не связана с расположением планет в зоне обитания. Мы пока не понимаем истории планеты размерами нашей Земли в нашей собственной системе. Поэтому мы не можем и надеяться на то, чтобы понять различие между «Венерой» и «Землей» вокруг другой звезды.
Странная атмосфера
Как решить эту проблему? Хотя Венера и не является интересным местом для поисков признаков жизни, все же ее изучение могло бы помочь нам в поисках ответов на вопросы о формировании двух наших миров, если мы будем исследовать атмосферу подобных планет вокруг других звезд.
И здесь мы сталкиваемся с еще одной проблемой – мы не понимаем атмосферу Венеры.
Моделирование показывает, что планеты, подвергшиеся воздействию парникового эффекта, должны обладать богатой кислородом атмосферой. Он возникал бы из молекул испарившейся воды, которые разрушаются ультрафиолетовым излучением Солнца, заставляя составляющие ее атомы водорода преодолевать гравитацию планеты, в то время как более тяжелый кислород оставался бы на планете. Атмосфера Венеры не богата кислородом. Она полна углекислого газа и облаков из серной кислоты.
Это дает нам понять, что изучение атмосфер экзопланет невозможно без хорошего понимания процессов, которые происходят в нашей собственной Солнечной системе.
Эти аргументы являются убедительным аргументом в пользу отправки новой миссии на Венеру. Тем не менее хотя три из двенадцати предложений для программы «Новые рубежи» предлагаемых НАСА были миссиями на Венеру, ни одно из них не было выбрано в качестве финалиста в декабре прошлого года. То же самое верно и для последнего этапа программы Discovery. Два из пяти финалистов этой категории с более низкими затратами предназначались для полета на Венеру. Но ни один из них не был выбран. Несмотря на то, что предложения Discovery, как правило, более сосредоточены на внутренней Солнечной системе.
Сложные условия
Почему такое нежелание посетить Венеру?
Несомненно, условия поверхности планеты, которые могут расплавить космический аппарат, охлаждают энтузиазм. Изоляция, необходимая для защиты зонда на поверхности Венеры или проведение короткой миссии, приведет к увеличению расходов. И может показаться плохим вложением по сравнению с другими проектами.
В своей статье, опубликованной в Nature Geoscience, ученые заявляют, чтобы подробный мониторинг атмосферы Венеры необходим для понимания истории планеты. «Чтобы узнать, почему Венера – такая, как сейчас, нам нужно знать, как все произошло», – отмечается в статье.
Эта информация должна изобиловать в изотопах благородных газов на Венере. Эти инертные элементы появляются во время формирования планет, поэтому изменения их количества указывает на потери в прошлом Венеры атмосферы и воды.