Исследования планеты Венера

Опять америка "первая" сфотографировала поверхность Венеры в видимом свете:

И наши тупо переводят, хотя что взять с "блондинки":

2021

Несколько лет назад в атмосфере Венеры обнаружили потенциальный маркер жизни — газ фосфин, вырабатываемый на Земле анаэробными бактериями.

Данные, полученные с помощью инфракрасного телескопа Джеймса Кларка Максвелла (JCMT) на Гавайях в 2017-м и комплекса радиотелескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама в 2019-м, тут же начали перепроверять другие исследователи, и их выводы были не столь однозначными. Одни нашли ошибки в обработке результатов наблюдений, другие указывали на то, что из-за неправильной калибровки интерферометра фосфин перепутали с сернистым газом, спектральная линия которого совсем рядом.

Официальный сайт Европейской южной обсерватории, одного из главных партнеров ALMA, сообщил о перекалибровке данных из научного архива наблюдений, а авторы нашумевшей статьи признали, что завысили содержание фосфина в атмосфере Венеры по крайней мере в семь раз.

Тем не менее все готовящиеся миссии включили в список задач поиски признаков жизни.

 

Первым должен полететь индийский орбитальный аппарат "Шукраян-1" (в переводе — "Корабль Венеры"). Для старта планируют воспользоваться одним из двух открывающихся полетных окон — в декабре 2024 года или в середине 2026-го, в зависимости от того, когда завершится разработка. Основные цели миссии — составить карту поверхности и недр Венеры, исследовать химический состав атмосферы и ее взаимодействие с солнечным ветром.

Предполагается, что разрешение двухчастотного радара с синтезированной апертурой, размещенного на борту "Шукраян-1", будет в четыре раза больше, чем у орбитального аппарата NASA "Магеллан" — главного "картографа" Венеры. А благодаря георадару индийская миссия станет первой по изучению недр планеты.

В списке приборов также инструменты для анализа атмосферы Венеры в инфракрасных, ультрафиолетовых и субмиллиметровых волнах. Так что у индийского аппарата есть все шансы обнаружить фосфин, если он там действительно есть. Инфракрасный спектрометр пригодится и для выявления возможных вулканических процессов.

 

В феврале в NASA утвердили четыре проекта программы исследования Солнечной системы Discovery. Два касаются Венеры, а два других посвящены спутникам планет-гигантов — Ио (Юпитер) и Тритону (Нептун). На прошлой неделе миссии к Венере признали приоритетными и на каждую выделили по 500 миллионов долларов.

Проект DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging Plus) предполагает отправку к Венере космического аппарата нового поколения. Все приборы его посадочного зонда заключены в специальную сферу, выдерживающую пролет сквозь горячую и плотную атмосферу планеты. Зонд проанализирует состав атмосферы Венеры от самых верхних слоев до поверхности, уделяя особое внимание инертным газам и другим соединениям, способным прояснить природу парникового эффекта на планете.

Спуск будет снимать система из четырех камер, чувствительных к ультрафиолетовому и ближнему инфракрасному свету. Ученые также надеются с помощью этих камер получить в высоком разрешении снимки загадочных элементов поверхности Венеры, называемых тессерами, которые, по мнению некоторых исследователей, могут стать ключом к пониманию истории планеты и позволят ответить на вопрос, существовали ли когда-нибудь на Венере моря и океаны, где потенциально могла зародиться жизнь. В случае успеха зонд DAVINCI+ станет первым с 1985 года спускаемым аппаратом на Венере после советских "Вега-1" и "Вега-2".

В рамках второй миссии — VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) — NASA отправит на орбиту Венеры аппарат с мощными радиолокационными приборами, способными наблюдать сквозь плотную атмосферу, картировать поверхность планеты и искать признаки активных процессов — тектоники плит и вулканизма. Инфракрасные приборы на борту аппарата смогут определять состав пород на поверхности. Это позволит построить первую геологическую карту планеты, понять историю Венеры и природу ее отличий от Земли. С помощью прибора InSAR построят трехмерную топографическую модель.

 

---

Понимание геологии Венеры представляет значительный интерес из-за ее сходства с Землей. Размер, возраст и состав Венеры в целом аналогичны земным, но ее окружающая среда значительно отличается и куда менее благоприятна для жизни. Таким образом, понимание геологической эволюции Венеры поможет ответить на вопросы о формировании планет, пригодных для жизни. Ключевым моментом для понимания этой эволюции является исследование современной геологии Венеры. Текущие данные свидетельствуют о недавнем и активном вулканизме на Венере, но степень этой вулканической активности пока неясна.

Горячее ядро Земли нагревает окружающую мантию, которая переносит тепло в литосферу планеты. Затем тепло уходит в космос, охлаждая верхнюю часть мантии. Эта мантийная конвекция управляет тектоническими процессами на поверхности, поддерживая движение лоскутного одеяла из подвижных тектонических плит. У Венеры нет тектонических плит, поэтому вопрос о том, как планета теряет тепло и какие процессы формируют ее поверхность, давно интересует ученых. В новом исследовании трое планетологов из США в поисках ответа использовали данные аппарата «Магеллан», наблюдавшего в начале 1990-х годов за квазикруглыми геологическими образованиями на Венере, так называемыми венцами. Проведя новые измерения венцов, видимых на сделанных «Магелланом» снимках, они пришли к выводу, что венцы, как правило, располагаются там, где литосфера планеты наиболее тонкая и активная.

«Мы так долго были зациклены на идее, что литосфера Венеры застойна и толста, но теперь наше мнение меняется, — говорит геофизик Сюзанна Смрекар (Suzanne Smrekar) из Лаборатории реактивного движения NASA и Калифорнийского технологического института. — Точно так же, как тонкая простыня выделяет больше тепла тела, чем толстое одеяло, тонкая литосфера позволяет большему количеству тепла выходить из недр планеты через плавучие потоки расплавленной породы, поднимающиеся к внешнему слою. Как правило, там, где есть повышенный тепловой поток, под поверхностью наблюдается повышенная вулканическая активность. Таким образом, венцы, вероятно, показывают места, где активная геология сегодня формирует поверхность Венеры».

На Венере насчитывается более трехсот венцов диаметром в несколько сотен километров. Обычно им дают названия в честь богинь плодородия и земледелия разных народов. Например, венец Полозничи назван в честь богини ржаного поля у народа коми, а венец Феронии — в честь италийской богини полей и лесов. Есть и исключения: в честь знаменитой балерины назван венец Павловой, в честь медсестры — венец Найтингейл, в честь летчицы — венец Экхарт. Венцы значительно отличаются от кратеров, возникших в результате падения метеоритов, и считаются результатом процессов в недрах планеты.

В новом исследовании Сюзанна Смрекар и ее коллеги сосредоточились на 65 ранее не изученных венцах диаметром до нескольких сотен километров. Чтобы рассчитать толщину окружающей их литосферы, они измерили размер впадин и гребней вокруг каждого венца. Применив компьютерную модель того, как изгибается упругая литосфера, они определили, что в среднем литосфера вокруг каждого венца имеет толщину около 11 ±7 км — намного тоньше, чем предполагали предыдущие исследования. Расчетный тепловой поток в этих регионах выше, чем в среднем по Земле, что позволяет предположить, что венцы геологически активны.

«Хотя у Венеры нет тектоники земного типа, эти области тонкой литосферы, по-видимому, позволяют улетучиваться значительному количеству тепла, подобно областям, где на морском дне Земли образуются новые тектонические плиты», — говорит Сюзанна Смрекар.

Чтобы рассчитать возраст поверхности небесного тела, планетологи подсчитывают количество видимых ударных кратеров. На тектонически активной планете, такой как Земля, кратеры стираются субдукцией континентальных плит и покрываются расплавленной породой из вулканов. Поскольку на Венере нет тектонической активности и регулярного перемешивания литосферных плит, ожидалось бы, что планета будет покрыта старыми кратерами. Но, подсчитав количество венерианских кратеров, ученые пришли к выводу, что поверхность Венеры относительно молода. Плотность кратеров Венеры примерно в двести раз меньше, чем на Луне, и в сто раз меньше, чем на Марсе. Получается, что возраст нынешней поверхности Венеры составляет всего несколько сот миллионов лет.

Недавние исследования показывают, что молодой вид поверхности Венеры, вероятно, связан с вулканической активностью, которая вызывает региональное обновление поверхности. Этот вывод подтверждается новым исследованием, указывающим на более высокий тепловой поток в областях венцов — состояние, которое, возможно, было характерно в прошлом и для литосферы Земли. «Интересно, что Венера открывает окно в прошлое, чтобы помочь нам лучше понять, как могла выглядеть Земля более 2,5 миллиардов лет назад. Она находится в состоянии, которое, как предполагается, имеет место до того, как планета сформирует тектонические плиты», — говорит Сюзанна Смеркар.

Новые сведения о рельефе, тектонической истории, геохимии и вулканических процессах Венеры ученые планируют добыть в ходе полета автоматического космического аппарата «Веритас», старт которого запланирован на 2031 год. Сюзанна Смеркар занимает должность главного исследователя проекта «Веритас».

---

- хотя я бы предположил, что высокая плотность венерианской атмосферы (а в прошлом она может и еще плотнее была - как знать?) может вносить некоторые искажения в видимое число ударных кратеров. Т.е. некоторые импакты, которые на Луне или Марсе создали бы явный кратер, на Венере его не создали - "ударник" не долетел одним куском до поверхности, а разрушился на более или менее мелкие фрагменты еще на высоте. Соответственно, явного кратера не возникло.

"Венерианский снег"

Venus snow is a brightening of the radar reflection from the surface of Venus at high elevations. The "snow" appears to be a mineral condensate of lead sulfide and bismuth sulfide precipitated from the atmosphere at altitudes above 2,600 m (8,500 ft).[1][2][3]

The nature of the "snow" was initially unknown. In radar images, smooth surfaces such as lava plains generally appear dark, while rough surfaces such as impact debris appear bright. The composition of the rock also alters the radar return: conductive material, or material with a high dielectric constant, appears brighter. It was therefore initially difficult to determine whether the high-altitude areas of Venus were different from the lowlands in chemical composition or in texture. Possible explanations included loose soil, different rates of weathering at high and low elevations, and chemical deposition at high elevation.[4] It could not be water ice, which cannot exist in the extremely hot, dry conditions of the Venusian surface.

Data from the radar mapper on the Pioneer Venus orbiter suggested an explanation in terms of chemical composition. It was hypothesized that the underlying rock contained iron pyrite or other metallic inclusions that would be very reflective. At the high temperatures found on the surface of Venus, these minerals would gradually evaporate. Faster weathering at high elevation might continually expose new material, causing the highlands to appear brighter than lowlands.[5] High-resolution radar observations by the Magellan probe by 1995 began to favor the hypothesis that metallic compounds sublimate in lower, warmer altitudes and deposit in higher, cooler areas. Candidates included tellurium, pyrite, and other metal sulfides.[4]

 

На Венере и сегодня есть активные вулканы.

---

Вулкан Маат на Венере

Когда-то на Венере извергалось множество вулканов. Около 80 % ее поверхности занимают застывшие лавовые потоки. На Венере можно найти щитовые вулканы и стратовулканы, некоторые потоки их лавы достигают сотен километров в длину. Но долгое время ученые считали, что активный вулканизм на Венере в далеком прошлом и сейчас планета геологически мертва и покрыта толстой неподвижной корой.

Но все-таки постепенно накапливались доводы в пользу того, что извержения вулканов на Венере продолжаются и в современную эпоху. Об этом говорило высокое содержание серы в атмосфере планеты и другие косвенные признаки. Однако добыть доказательства венерианских извержений до сих пор не удавалось. Из-за сложных условий наблюдения (планету закрывает мощный слой атмосферы) ученым трудно определить, извергаются ли венерианские вулканы и каков возраст вулканических пород на поверхности планеты.

В 2007 году в атмосфере Венеры произошло повышение содержания диоксида серы, которое потом снижалось в течение последующих пяти лет. Ранее, в 1980-е годы, подобные колебания концентрации диоксида серы и метана отмечались аппаратами «Пионер-Венера-1» и «Пионер-Венера-2».

В 2008–2009 годах инфракрасный спектрометр, установленный на космическом аппарате Venus Express Orbiter, обнаружил относительно небольшие «горячие пятна» на поверхности Венеры, где температура возрастала с 480 °C до 825 °C на очень краткий срок, всего несколько дней. Это явление объяснили активным вулканизмом, а быстрое охлаждение лавовых потоков связали с исключительно высокой теплопроводностью плотной атмосферы Венеры. «Горячие пятна» располагались вдоль каньона Ганики, который давно считался рифтовой зоной с высоковероятными проявлениями вулканической активности. В 2020 году был предложен новый метод определения возраста вулканических пород на Венере по изменениям минерала оливина. По мнению ученых, возраст отдельных участков насчитывал всего несколько месяцев или лет.

Но это всё же были косвенные признаки венерианского вулканизма. Теперь же группа ученых впервые получила прямое свидетельство извержения. Его удалось увидеть в материалах, собранных космическим аппаратом «Магеллан», который исследовал Венеру в 1990–1994 году. Снимки, сделанные с разницей в восемь месяцев, показывают резкое увеличение кальдеры вулкана в результате внезапного обрушения. Аналогичные события происходят с земными вулканами, когда содержащая магму камера частично опустошается и лежащие над ней горные породы оседают вниз. Такое происхождение имеют, например, кальдеры гавайских вулканов Мауна-Лоа и Килауэа.

«Наблюдение за этими событиями в течение короткого периода предполагает, что либо "Магеллану" невероятно повезло, либо, как и на Земле, на Венере регулярно извергается множество вулканов», — говорит планетолог Роберт Херрик (Robert Herrick) из Аляскинского университета, руководивший исследованием. — Мы можем исключить версию, что это умирающая планета». Авторы исследования опубликовали свои результаты в журнале Science и рассказали о них на недавней конференции Lunar and Planetary Science Conference. Открытие делает Венеру третьим планетным телом в Солнечной системе с активными магматическими вулканами после Земли и спутника Юпитера Ио (свидетельства активной вулканической деятельности в прошлом обнаружены также на Марсе, но там пока не найдено признаков современных извержений).

Роберт Херрик сравнивает проведенное исследование с поисками иголки в стогу сена без гарантии, что иголка там вообще есть. У ученых было несколько кандидатов, например, гора Маат высотой 8330 метров над средним уровнем поверхности Венеры. Маат представляет собой щитовой вулкан, сформированный потоками лавы древних извержений, так что его диаметр составляет сотни километров. На вершине горы располагается кальдера размером 28 на 31 километр, внутри которой есть по меньшей мере пять кратеров диаметром 5–10 километров. Аппарат «Магеллан» обнаружил, что сила гравитации над горой Маат на удивление низкая — признак того, что его подпитывает горячий шлейф менее плотной породы из мантии. А микроволновое излучение вершины свидетельствовало о том, что химический состав ее поверхности напоминает молодую лаву. Признаком недавних извержений было и отсутствие на склонах метеоритных кратеров. Отсутствовал на горе Маат и «венерианский снег» — неизвестная субстанция, хорошо отражающая радиоизлучение, которой покрыты многие венерианские горы.


Анализ снимков оказался непростым делом. При разрешении в несколько сотен метров сделанные «Магелланом» изображения относительно грубы и чувствительны только к самым большим изменениям ландшафта. Более того, за время своей пятилетней миссии космический корабль посещал одни и те же точки не более трех раз, а во время второго прохода его радар был повернут на 180°. По словам Херрика, сопоставлять рельеф местности под разными углами далеко не просто: «Одни и те же вещи выглядят совершенно по-разному».

Но после сотен часов утомительных сравнений, охватывающих менее двух процентов венерианской поверхности, Херрик заметил признаки изменения кальдеры у горы Маат. Чтобы не быть обманутым, он связался со Скоттом Хенсли, специалистом по радарам из Лаборатории реактивного движения NASA, который неоднократно разоблачал прошлые ложные тревоги в данных «Магеллана». Хенсли смоделировал, как должна была выглядеть неизмененная кальдера во время второго прохода «Магеллана», и полученная картина резко отличалась от наблюдавшейся. На втором изображении также были видны свежие потоки лавы, но они могли быть скрыты от глаз во время первого прохода, предупреждает Херрик. Тем не менее изменения кальдеры являются недвусмысленным свидетельством вулканической активности.

Ученые надеются, что новые свидетельства о вулканах на Венере удастся раздобыть трем новым космическим аппаратам, которые отправятся к Венере: европейскому орбитальному аппарату EnVision (2031) и миссиям DAVINCI (2029) и VERITAS (2031), которые готовит NASA. По словам Херрика, и EnVision, и VERITAS будут оснащены более четким радиолокационным зрением, чем «Магеллан», что сделает их более пригодными для наблюдения за активными геологическими процессами на Венере. «Мы гарантированно увидим действительно большие изменения», — говорит ученый.

---

Наиболее полную и детальную карту поверхности удалось составить на основе данных, собранных в начале 1990-х годов американским зондом «Магеллан», который обнаружил на Венере уникальные формы рельефа, в частности — так называемые тессеры. Это довольно большие возвышенности, сильно изрезанные трещинами, идущими в разных направлениях. Традиционно считается, что тессеры образовались в ходе тектонических процессов. Авторы статьи, вышедшей недавно в журнале Nature Communications, предлагают новый взгляд на их формирование. Они считают, что изрезанность тессер можно рассматривать как следы водных потоков, текших по поверхности Венеры в те древние времена, когда климат на ней был более мягким. В то же время авторы признают, что, пока не появятся более подробные данные о структуре и морфологии тессер, к их идеям лучше относиться как к экзотической гипотезе.

 

Последним рубежом для сторонников венерианской жизни остались более прохладные облака, дискуссия об обитаемости которых не затихает до сих пор. Так, в сентябре 2020 года в журнале Nature Astronomy появилось сенсационное сообщение (J. Greaves et al., 2020. Phosphine gas in the cloud decks of Venus) об обнаружении в венерианских облаках фосфина (PH3) — газа-биомаркера, который мог бы быть весомым аргументом в пользу этой идеи. Однако статья немедленно подверглась очень жесткой критике, а сами авторы вскоре сообщили об ошибке в обработке данных, и по состоянию на 20 ноября на сайте Nature Astronomy висит уведомление о том, что данные пересматриваются.

 

На поверхности Венеры выделяют уникальные формы рельефа, связанные с геологическими процессами, аналогов которых нет на Земле, например, арахноиды (паутиноподобные системы радиальных трещин) и тессеры (tessera) — зоны хаотичного сильно трещиноватого рельефа. Тессеры покрывают значительную часть поверхности планеты (около 7,3%), причем распределены они не равномерно, а сгруппированы в нескольких областях. Традиционно формирование тессер объясняется исключительно тектоникой, связанной с магматическими процессами: при подъеме больших объемов магмы участки коры Венеры приподнимаются и сминаются, что приводит к образованию трещин и разломов. Однако, в недавней статье, опубликованной в журнале Nature Communications предлагается новый и весьма спорный взгляд на тессеры. В этой статье особенности их геоморфологии объясняются не только тектоникой и вулканизмом, но и результатом воздействия рек, текших в древности по поверхности Венеры. Кроме смелости гипотезы в данной работе примечательно также то, что она основана на магистерской работе одного из авторов.

 

Тут важно заметить, что на Венере тоже есть свои каналы (рис. 6). Были даже попытки их «водной» интерпретации (см., например, A. Jones, K. Pickering, 2003. Evidence for aqueous fluid–sediment transport and erosional processes on Venus), но в настоящее время ученые сходятся на том что они сформировались исключительно при течении лавовых потоков за счет термического и механического воздействия на подстилающие породы (подробнее об этом можно почитать в статье G. Williams-Jones et al., 1998. The nature and origin of Venusian canali). И как раз такие каналы в обсуждаемой статье не рассматриваются (так, весьма похожий участок на рис. 5 называется просто затопленным понижением в тессерах, а не каналом).

 

Рис. 6. Венерианский канал, созданный лавой, текшей по поверхности.

Просто по фото запросто принять за нормальную речку.



И просто до кучи

Существуют две основные гипотезы, описывающие возможные сценарии эволюции климата Венеры: «умеренная и влажная Венера» (temperate and wet Venus) и «сухая Венера» (dry Venus). В соответствии с первым сценарием, ранний этап развития Венеры был примерно таким же, как у Земли и Марса — вслед за формированием верхней твердой оболочки (коры) последовал длительный период умеренного климата с жидкой водой на поверхности и водяными облаками в атмосфере (так называемый период потенциальной обитаемости), а затем неконтролируемый парниковый эффект, вызванный вулканической активностью, заставил планету становиться все жарче и жарче.

Модели общей циркуляции показывают, что такой сценарий возможен, если Венера изначально была относительно холодной. Перегрева планета могла избегать за счет того, что на дневной ее стороне за счет испарения образовывались облака, а безоблачная ночная сторона обеспечивала повышенную отдачу тепла в космос.

Косвенным подтверждением «умеренно-влажной» гипотезы является исключительно высокое значение в атмосфере Венеры изотопного коэффициента водорода ẟD, равного отношению содержания дейтерия (D) к протию (1H) по сравнению со стандартным образцом VSMOW (см. Vienna Standard Mean Ocean Water). На Земле значения ẟD в гидросфере значительно выше, чем в геосфере за счет испарения и конденсации поверхностной воды — процессов, при которых происходит изотопное фракционирование с удалением более легкого изотопа 1Н. В атмосфере Венеры значение ẟD примерно в 150 раз выше, чем на Земле. По мнению сторонников «умеренно-влажной» гипотезы, это может указывать на то, что в прошлом на планете были большие количества жидкой воды (T. Donahue et al., 1982. Venus was wet: A measurement of the ratio of deuterium to hydrogen).