Миссия DAVINCI узнает десять загадок Венеры

Поверхность Венеры совершенно негостеприимна для жизни: бесплодная, сухая, раздробленная атмосферой, которая в 90 раз превышает давление Земли, и обжарена при температурах, в два раза превышающих температуру печи. Но всегда ли так было? Могла ли Венера когда-то быть двойником Земли – обитаемым миром с океанами с жидкой водой? Это одна из многих загадок, связанных с нашим скрытым сестринским миром.

Прошло 27 лет с тех пор, как в последний раз миссия НАСА «Магеллан» совершила оборот вокруг Венеры. Это была последняя миссия НАСА на сестринскую планету Земли, и, хотя с тех пор мы приобрели значительные знания о Венере, остается множество загадок о планете, которые остаются нерешенными. Миссия НАСА DAVINCI (Исследование благородных газов, химии и изображений глубокой атмосферы Венеры) надеется изменить это.

Вот десять загадок Венеры, над которыми ученые все еще борются:​

1. Была ли на Венере когда-нибудь жизнь?

Когда думаешь о других планетах, часто задаются большие вопросы: есть ли там жизнь? БЫЛА ли когда-нибудь жизнь? Если да, то что за жизнь? Крошечные микробы, похожие на простую жизнь на Земле? Или ничего из того, что мы когда-либо узнавали?

Венера не исключение.

«Сообщество размышляло о возможной жизни на Венере, но пока мы не узнаем, была ли Венера когда-либо действительно обитаемой в прошлом, трудно сказать что-то большее, помимо этих предположений, – говорит доктор Джада Н. Арни, заместитель главного исследователя DAVINCI в Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, Мэриленд. – DAVINCI стремится помочь нам понять, была ли Венера когда-либо обитаемой, что обеспечит более конкретную основу, на которой мы сможем изучить ее как возможное прошлое жилище для жизни … Приятно думать, что существует вероятность того, что наша Солнечная система имела два обитаемых мира рядом, возможно, даже миллиарды лет, но мы пока не знаем, так ли это на самом деле ».

Чтобы определить, была ли когда-либо возможна жизнь на Венере, нам сначала нужно понять прошлую среду на Венере. Это включает изучение атмосферы, геологии и истории планеты.

«Мы всегда хотим задать жизненный вопрос, но до тех пор, пока мы не поймем контекст, в котором мы его задаем, мы не узнаем, что ищем, и можем быть еще более запутанными или соблазненными», – объясняет д-р Джеймс Б. Гарвин, главный исследователь DAVINCI в NASA Goddard.

2. Как 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. Давление воздуха на поверхности Венеры в 90 раз больше, чем у Земли, Венера вращается вокруг своей оси в обратном направлении по сравнению с другими планетами Солнечной системы, а поверхность Венеры имеет температуру более 482 градусов Цельсия, что делает ее самой горячей планетой в нашей Солнечной системе – достаточно горячая, чтобы плавить свинец. Такая сильная жара на поверхности Венеры связана с атмосферой из углекислого газа с густыми облаками серной кислоты, которая могла возникнуть в результате неконтролируемой парниковой фазы ранее в истории Венеры, навсегда изменившей наш родственный мир.

Так что случилось? 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 планетная 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 NASA Goddard.

3. Как образовалась Венера?

Даже этот, казалось бы, основной вопрос о происхождении Венеры до сих пор остается загадкой.

«Для меня удивительно, что мы не знаем, сформировалась ли Венера из тех же материалов ранней Солнечной системы, что и Земля и Марс, – говорит Гетти. – Мы до сих пор не знаем, бомбардировали ли Венеру кометы и астероиды, богатые водой, как Землю».

Эти кометы и астероиды, бомбардировавшие нашу родную планету, считаются важным источником воды для Земли. Понимание доставки воды на Венеру важно для оценки ее способности принимать океаны в прошлом.

4. Каков состав атмосферы на Венере?

Состав атмосферы Венеры – важная часть контекста, который мы ищем, поскольку мы стремимся лучше оценить потенциальную обитаемость Венеры с течением времени.

«Мы действительно не знаем важных следов химикатов в атмосфере Венеры, – говорит Гарвин. – Мы не понимаем химические циклы, которые дают ключ к разгадке того, как она развивалась, и роль этих химических циклов в истории Венеры – эти неизвестные – отпечатки пальцев, которые отсутствовали слишком долго».

Зонд DAVINCI будет измерять химический состав, давление, температуру и динамику, по крайней мере, каждые 200 метров, когда он будет спускаться 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 это хорошо понятно. Но в нижних слоях атмосферы Венеры (ближайшей к поверхности планеты) углекислый газ нагревается и сжимается до такой степени, что он действует больше как горячая жидкость, чем газ – только примерно в двенадцать раз менее плотный, чем жидкая вода.

«Это странное поведение называется «сверхкритическим», а на Венере атмосфера, которая плещется вокруг поверхностных ландшафтов и горных пород, представляет собой сверхкритический углекислый газ, что плохо изучено, – говорит Гарвин. – Мы должны пойти туда и измерить, что происходит, чтобы узнать, как это работает в планетарном масштабе. Это означает, что на Венере есть совершенно новый рубеж. Это новое состояние окружающей среды, к которому мы не привыкли ».

5. Как образовались скалы Венеры?

Последним космическим аппаратом, успешно спустившимся в атмосфере и приземлившимся на Венеру, стала советская миссия Вега-2 в 1985 году, которая продержалась 52 минуты на негостеприимно горячей поверхности планеты на «ночной стороне» планеты. В месте посадки она была окружена базальтовыми равнинами, образованными вулканизмом, но некоторые высокогорные районы Венеры считаются другими. Таким образом, поверхность Венеры остается загадкой, особенно в регионах за пределами вулканических равнин.

Космический корабль DAVINCI будет оснащен набором из четырех камер под названием VISOR (Система визуализации Венеры для наблюдательной разведки), которые смогут определять состав горных пород на поверхности планеты.

«Большая часть поверхности Венеры состоит из базальта, который образовался в результате вулканизма, – говорит Арни. – Но есть некоторые интригующие горные высокогорные районы, называемые «тессеры» (регионы сильно деформированной местности), которые предполагают намек на другой состав. Они могут быть сделаны из горных пород, которые образуются в результате взаимодействия воды и породы и процессов строительства континентов (что может подразумевать тектонику плит земного типа), и если так, это действительно интересно, потому что это предполагает более благоприятные условия в прошлом Венеры».

Зонд DAVINCI опустится на одну из этих «мозаик», называемую Alpha Regio, и будет проводить измерения с помощью своего прибора Venus Descent Imager (VenDI).

«Это поможет нам лучше понять, из чего состоит 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 у Венеры – и когда и как она потеряла эту воду. Ученые могут использовать химический состав горных пород на Венере, чтобы разгадать тайну воды на планете.

«Если мы обнаружим «граниты» в горах Венеры, тогда мы сможем сделать вывод, что они, должно быть, были вовлечены в большое количество воды в коре Венеры, чтобы позволить им сформироваться так, как они это делают на Земле», – объясняет Гарвин.

Ученые также могут использовать измерения атмосферы, чтобы понять историю воды на Венере. Масс-спектрометр Венеры и настраиваемый лазерный спектрометр зонда DAVINCI будут измерять состав атмосферы на протяжении всего спуска к поверхности планеты. Измеренные атмосферные сигнатуры могут дать ключ к разгадке истории воды в прошлом, что может помочь ученым определить, был ли на планете ранее океан.

«Мы подозреваем, но не знаем, были ли на Венере океаны, и если да, то когда в истории Венеры вода испарялась», – говорит Гетти.

7. Каков характер поверхностной активности Венеры?

Ученые все еще делают открытия, чтобы понять, была ли на Венере когда-либо тектоника плит земного типа и чем эти процессы горообразования похожи или отличаются от земных. В земной коре находится сеть относительно тонких пластин, толкающихся по поверхности планеты в постоянном горизонтальном движении.

Если подобная тектоника плит существует на Венере, сейчас или в прошлом, кора планеты должна испытывать движение плит земной коры в течение геологического времени, вулканизм срединно-океанического хребта (вулканическая активность, присутствующая на океанских границах между двумя плитами) и субдукцию (одна пластина погружается под другую пластину).

История тектоники Венеры до сих пор остается активной областью исследований, в которой много открытых вопросов. Некоторые ученые полагают, что Венера сохранила тектонику плит с перемещающимися по бокам блоками коры.

В какой-то момент Венера могла иметь 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 картировании Венеры миссией НАСА VERITAS , еще одной недавно выбранной миссией к Венере, которой управляет Лаборатория реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, можно использовать для расшифровки того, как эти тектонические узоры могут иметь место, и почему планета не могла поддерживать их так же, как Земля.

Венера – идеальный пример для изучения того, как тектоника плит или какой-либо другой тип движения земной коры сохраняется или исчезает на больших скалистых планетах с атмосферой и изменяющимся (но большим) балансом как земной, так и поверхностной воды.

Вулканизм

Еще одна ключевая загадка поверхности Венеры – вулканизм. Все планеты должны избавиться от своего внутреннего тепла, и земной метод этого требует вулканизма как связанного процесса. Ученые все еще размышляют, является ли поверхность Венеры вулканически активной в настоящее время и в какой степени сегодня происходят извержения.

Вместе миссии DAVINCI и VERITAS надеются решить эти вопросы. DAVINCI может измерять газы в атмосфере Венеры, которые могут сигнализировать об извержении вулканов или извержении вулканов на Венере сегодня, в то время как орбитальный аппарат VERITAS сможет увидеть деформацию коры, химические признаки недавнего вулканизма и тепловые характеристики основных извержений лавы.

8. Как выглядят горы на Венере?

Предыдущие аппараты посадки на Венеру (Venera и VeGa) фотографировали равнины Венеры после приземления на базальтовые участки поверхности, но камеры DAVINCI сделают первые в истории аэрофотоснимки с высоким разрешением поверхности гористой тессеры, когда зонд спускается по неровной поверхности. Регион высокогорья Альфа Реджо.

«Место, где мы приземляемся на Венере, находится в горах, – объясняет Гарвин. – Никто никогда раньше не ходил в горы … Когда мы видим их с мили выше, они могут выглядеть так, как будто они никогда не видели ни женщин, ни мужчин, потому что никто никогда не был там, чтобы испытать их».

Такие суровые горные пейзажи могут помочь понять, как сегодня работает эрозия на Венере. Точно так же они могут указать, были ли осадочные породы важны в формировании высокогорья Венеры, как это обычно бывает на Земле.

9. Есть ли планеты за пределами Солнечной системы?

Ученые воодушевлены идеей взять то, что мы узнаем от Венеры, и применить ее к экзопланетам – планетам за пределами нашей Солнечной системы. Ожидается, что подобные Венере экзопланеты будут обычным типом планет, наблюдаемых предстоящим космическим телескопом Джеймса Уэбба, и более точные измерения Венеры могут помочь нам понять эти далекие миры.

«Мы сможем связать то, что мы обнаруживаем на Венере, с тем, что мы обнаружим в результате наблюдений за экзопланетами, напоминающими Венеру, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба.в 2020-х годах, – говорит Арни. – Например, данные с Венеры могут улучшить компьютерные модели экзопланет, подобных Венере, 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 «венероподобных» экзопланет тоже могут быть обитаемыми. Таким образом, понимание истории Венеры может помочь нам понять и интерпретировать планеты экзо-Венеры, наблюдаемые в разное время и на разных этапах эволюции ».

10. Новые тайны, о которых мы даже не догадывались

«Один из самых захватывающих аспектов исследования планет – это открытие новых тайн, которые мы не можем предвидеть в настоящее время, – подчеркивает Арни. – Эти новые загадки, которые мы еще не можем вообразить, – вот чего я с нетерпением жду».

В этом суть исследования, движимого любопытством, и DAVINCI предложит множество возможностей для выявления и даже разрешения новых загадок. Что может скрывать Венера? Мы должны пойти туда, чтобы узнать!

«Венера, вот и мы» – это девиз команды DAVINCI.

В то же время миссия CLEoPATRA будет искать свободно плавающие планеты

Читайте обзоры: