DAVINCI разгадает 10 загадок Венеры

Прошло 27 лет с тех пор, как в последний раз миссия НАСА «Магеллан» совершила оборот вокруг Венеры. Это была последняя миссия НАСА на сестру-соседку 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 визуализации глубокой атмосферы Венеры) надеется изменить это.

Вот десять загадок Венеры, над которыми ученые НАСА все еще бьются:

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 что-то необъяснимое нам?

Венера не исключение.

«Сообщество продолжит размышлять о возможной жизни на Венере, но пока не станет известно, была ли Венера когда-либо обитаемой в прошлом, поэтому трудно сказать что-то большее, помимо предположений», - говорит доктор Джада Н. Арни, заместитель главного исследователя DAVINCI в Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. «DAVINCI стремится помочь нам понять, была ли Венера когда-либо обитаемой, что даст более конкретное основание, на котором мы сможем изучить ее как возможное прошлое жилище для жизни. Приятно думать, что существует вероятность того, что в Солнечной системе было два обитаемых мира миллиарды лет, но мы еще не знаем, так ли это на самом деле».

Чтобы определить, была ли когда-либо возможна жизнь на Венере, сначала нужно понять прошлую среду на Венере. Это включает изучение атмосферы, геологии и истории планеты. «Мы хотим задать жизненный вопрос, но до тех пор, пока не поймем контекст, в котором его задаем, не узнаем, что ищем, и можем еще более запутаться или обмануться», - объясняет Джеймс Б. Гарвин, главный исследователь DAVINCI в Центре Годдарда.

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 разные. 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 температура поверхности Венеры более 482 градусов Цельсия, что делает ее самой горячей планетой в Солнечной системе - достаточно горячей, 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 планету.

Так что случилось? Всегда ли Венера была такой негостеприимной? «Почему у нас так хорошо, а них плохо?» - говорит Гарвин. «Это главный вопрос, потому что в долгосрочной перспективе это повлияет на эволюцию нашей собственной планеты. Может быть, Венера - это раскадровка судьбы, которая поможет заполнить более длинную историю нашей планеты».

Эволюция Венеры во времени может помочь понять процессы, которые управляют глобальными изменениями в окружающей среде, 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, как планетная среда может эволюционировать с течением времени, и понимание, что эволюция имеет решающее значение для нашего мышления в поисках жизни за пределами Земли», - объясняет доктор Стефани А. Гетти, заместитель главного исследователя DAVINCI в Центре Годдарда.

3. Как образовалась Венера?

Даже 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 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 считаются важным источником воды для Земли. Понимание доставки воды к Венере важно для оценки ее способности содержать океаны в прошлом.

4. Каков состав атмосферы на Венере?

Состав атмосферы Венеры - важная часть контекста, который ищут ученые, поскольку хотят лучше оценить потенциальную обитаемость Венеры с течением времени. «Мы не знаем важных следов химикатов в атмосфере Венеры», - говорит Гарвин. «Мы не понимаем химические циклы, которые дают ключ к разгадке её развития, и роль их в истории Венеры».

Зонд DAVINCI будет измерять химический состав, давление, температуру и динамику, по крайней мере, каждые 200 метров, когда будет спускаться через атмосферу Венеры. Одна из самых больших загадок атмосферы Венеры заключается в самом нижнем или «глубоком» слое. Обычно атмосферные газы планет ведут себя так же, как те, которые мы изучаем в школе по химии - их поведение можно оценить как «идеальные газы», ??и это понятно. Но в нижних слоях атмосферы Венеры (ближайшей к поверхности планеты) углекислый газ нагревается и сжимается до такой степени, что действует больше как горячая жидкость, чем газ - только примерно в 12 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 отправиться туда и измерить происходящее, 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 кораблем, успешно спустившимся через атмосферу и приземлившимся на Венеру, стала советская миссия «Вега-2» в 1985 году, которая продержалась 52 минуты на негостеприимно горячей поверхности на «ночной стороне» планеты. В месте посадки он был окружен 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 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 несколько интригующих горных высокогорных регионов, называемых «тессеры» (регионы сильно деформированной местности), которые предполагают намек на другой состав. Они могут быть из горных пород, которые образуются в результате взаимодействия воды, горных пород и процессов создания континентов (которые могут подразумевают земную тектонику плит), и, если это так, это действительно интересно, потому что предполагает более благоприятные условия в прошлом Венеры». Зонд DAVINCI опустится на одну из этих «тессер» Альфа Реджо, и выполнит измерения с помощью прибора Venus Descent Imager (VenDI). «Это поможет лучше понять, из чего состоит эта «тессера», - объясняет Арни.

6. Сколько воды было на Венере?

Жидкая вода необходима для жизни. Невозможно оценить прошлую обитаемость Венеры, не зная, сколько воды у Венеры могло быть, когда и как она потеряла её. Ученые могут использовать химический состав горных пород на Венере, чтобы разгадать тайну воды на планете. «Если мы обнаружим «граниты» в горах Венеры, тогда сможем сделать вывод, что они были в большое количество воды в коре Венеры, что позволило им сформироваться так, как это происходит 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 испарилась», - говорит Гетти.

7. Каков характер поверхностной активности Венеры?

Ученые продолжают делать 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 (движение 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 горизонтально движущимися блоками коры, в то время как другие предполагают, что этот период в истории Венеры давно в прошлом, когда жидкая вода была либо на поверхности, либо в изобилии внутри коры.

В какой-то момент Венера могла иметь собственную форму тектоники плит - возможно, отличную от тектоники плит здесь, на Земле. Измерения воды и горных пород, полученные с помощью 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, можно использовать для расшифровки того, как тектонические модели могут действовать на Венере, и почему планета не смогла поддерживать их так же, как Земля. Венера - идеальный тестовый 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.

Еще одна ключевая загадка поверхности Венеры - вулканизм. Все планеты должны избавляться от внутреннего тепла, и земной метод 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 измерит газы в атмосфере Венеры, которые могут сигнализировать об извержении вулканов 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 на Венере (Venera и VeGa) фотографировали равнины Венеры после приземления на базальтовые участки поверхности, но камеры DAVINCI сделают первые в истории аэрофотоснимки с высоким разрешением поверхности горной тессеры, когда зонд будет спускаться над пересеченной местностью высокогорья Альфа Реджо.

«Мы приземлимся на Венере в горах», - объясняет Гарвин. «Никто никогда раньше не ходил в горы Венеры». Такие суровые горные пейзажи могут помочь понять, как сегодня работает эрозия на планете. 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, подобные Венере, за пределами Солнечной системы?

Ученые воодушевлены идеей взять то, что мы узнали от Венеры, и применить это к экзопланетам - планетам за пределами Солнечной системы. Ожидается, что подобные Венере экзопланеты будут обычным типом планет, наблюдаемых предстоящим космическим телескопом Джеймса Уэбба, и более точные измерения Венеры помогут понять эти далекие миры. «Мы сможем связать то, что обнаружим на Венере, с тем, что обнаруживаем в результате наблюдений венероподобных 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 будущих наблюдений Джеймса Уэбба. Кроме того, если Венера была обитаемой в прошлом, это означает, что некоторые из венероподобных экзопланет могут тоже быть обитаемым. Таким образом, понимание истории Венеры поможет понять и интерпретировать экзопланеты, наблюдаемые в разное время и на разных этапах эволюции».

10. Новые загадки, о которых мы даже не догадываемся.

«Один из самых захватывающих аспектов исследования планет - это открытие новых загадок, которые мы не можем предвидеть в настоящее время», - говорит Арни. «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 разгадывания новых загадок. Что может скрывать Венера? Мы должны отправиться туда, чтобы узнать. «Венера, мы идем!» - это крылатая фраза команды DAVINCI.