Открывая секреты Венеры

Венера известна как «сестра Земли». Она имеет примерно такой же размер и массу, как и Земля, это наша ближайшая соседка в Солнечной системе. Можно сказать, Венера и Земля выросли вместе.

Когда что-то всегда было рядом с вами, вы воспринимаете это как должное. Как следствие, мы время от времени смотрим на Венеру… и идем дальше. Марс, экзотические экзопланеты в далеких солнечных системах, удивительные газовые гиганты и их луны в нашей Солнечной системе намного больше привлекают наше внимание.

Если бы далекая цивилизация исследовала нашу Солнечную систему в поисках потенциально пригодных для жизни планет, используя те же критерии, что и мы, то Венера была бы для них в числе первых кандидатов. Она находится на краю зоны обитания, и имеет атмосферу. Но мы знаем ее лучше. Венера - адский мир, в котором царят сверхвысокие температуры, плавящие свинец, сокрушительное атмосферное давление и сернокислотные дожди, падающие с неба. Тем не менее, Венера все еще хранит тайны, которые ждут, когда мы раскроем их.

Главную из них можно выразить следующим вопросом «Почему Венера, так похожая на Землю, развивалась настолько по-другому, чем наша планета?»

Условия на Венере ставят беспрецедентно сложные задачи перед космическими аппаратами. В истории исследования Венеры остались расплавленные и раздавленные чудовищным атмосферным давлением советские спускаемые аппараты «Венера». Орбитальные зонды, такие как Pioneer 12 и Magellan, добились большего успеха, но плотная атмосфера Венеры все еще ограничивает их эффективность. Разработки новых материалов, и особенно электронных схем, способных противостоять адской жаре Венеры, могут оправдать наши надежды на более подробное исследование поверхности этой планеты.

На семинаре Planetary Science Vision 2050 2017, проведенном Лунным и Планетным институтом, группа американских планетологов

изучила будущее исследований Венеры. Команду возглавил Джеймс Каттс из JPL.

Группа выдвинула несколько общих вопросов о Венере:

Как мы можем изучить формирование атмосферы, эволюцию и историю климата на Венере?

Как мы можем изучить эволюцию поверхности и недр Венеры?

Как мы можем изучить природу взаимодействий между недрами, поверхностью и атмосферой Венеры, включая наличие жидкой воды?

Поскольку семинар Vision 2050 рассматривал перспективы на следующие 50 лет, Каттс и его команда обсудили проблемы, связанные с уникальными условиями Венеры, и направления поисков в ближайшей, среднесрочной и долгосрочной перспективе.

Ближайшие цели исследования Венеры (до 2019 года) включают улучшение дистанционного зондирования с орбитальных аппаратов. Это расскажет нам больше о гравитации и топографии Венеры. Улучшенные радиолокационные и инфракрасные изображения заполнят больше пробелов. Группа также продвигала идею создания устойчивой воздушной платформы, глубокого зонда и кратковременного посадочного модуля. Несколько сбрасываемых зондов также являются частью плана. Это небольшие устройства, которые выпускаются в атмосферу для измерения ветра, температуры и влажности. Они используются на Земле для изучения погоды и экстремальных явлений, таких как ураганы, и могут выполнять ту же задачу на Венере.

В ближайшей перспективе, миссии, конечная цель которых - не Венера, также могут дать некоторые ответы на эти вопросы. Пролетные аппараты, такие как Bepi-Colombo, Solar Probe Plus и миссии Solar Orbiter, могут дать нам хорошую информацию по пути к Меркурию и Солнцу, соответственно. Эти миссии начнутся в 2018 году.

Venus Express, запущенный ESA, и японский «Акацуки» (Venus Climate Orbiter) подробно изучили климат Венеры, особенно его химию и взаимодействие между атмосферой и поверхностью. Миссия Venus Express закончилась в 2015 году, «Акацуки» все еще продолжает работать.

Среднесрочные цели (2020-2024 гг.) более амбициозны. Они включают в себя долгосрочный посадочный аппарат для изучения геофизических свойств Венеры, краткосрочный посадочный аппарат в районе тессер и два аэростата.

Посадочный модуль должен опуститься в одном из специфических районов, характерных для Венеры, получивших название тессеры. Есть предположение, что когда-то на Венере была жидкая вода. Подтверждение этому может быть обнаружено в тессерах, Краткосрочный посадочный аппарат, работающий в области тессер, помог бы нам ответить на вопрос о жидкой воде Венеры.

Благодаря постоянному развитию электроники с термостойкими схемами, долгосрочный посадочный модуль (работающий месяцы и более) становится более выполнимым в среднесрочной перспективе. В идеале, долговременный мобильный посадочный аппарат мог бы проехать от десятков до сотен километров, чтобы собрать и изучить образцы поверхности Венеры. Это единственный способ изучения геохимии и минералогии на протяженных участках.

На Марсе высаживаются аппараты, работающие на солнечных батареях. Плотная атмосфера Венеры делает это невозможным. Но та же плотная атмосфера, которая не пропускает солнечную энергию, могла бы предложить другое решение: парусный привод. Старомодная парусная тяга могла бы быть средством передвижения по поверхности Венеры. Поскольку ее атмосфера очень плотная, достаточно будет небольшого паруса.

Долгосрочные цели по версии Каттса и его команды (2025 и последующие годы) – тут все становится действительно интересным. На планете по-прежнему действует долгоживущий поверхностный ровер, или, возможно, аппарат находится вблизи поверхности, как аэростат. Также имеется долгоживущая сейсмическая сеть.

Сейсмическая сеть начнет раскрывать секреты геофизической жизни Венеры по-настоящему. Оценки сейсмической активности, которые дал бы спускаемый аппарат, были бы слишком грубыми по сравнению с тем, что сможет выявить сеть сейсмических датчиков. Более глубокое понимание механизмов и местонахождений планетотрясений на Венере, несомненно, вызовет шумиху среди теоретиков. Однако конечной целью должна стать доставка образцов грунта с Венеры.

Мы уже научились исследовать другие миры на расстоянии. Но для Венеры и для всех других небесных тел, которые мы посетили или хотим посетить, привезенный образец грунта - это такая же заветная цель, как Святой Грааль. Миссии «Аполлон» привезли сотни килограммов образцов лунных пород. Другие миссии по доставке образцов были отправлены на Фобос (пока неудачно) и на астероиды - с разной степенью успеха.

Собранный материал будет подвергнут такому глубокому анализу, который может быть сделан только в лабораториях на Земле. Это и является конечным результатом всего плана. Мы можем продолжать анализировать образцы, разрабатывая новые технологии для их изучения.

В 2003 году в обзоре Planetary Science Decadal Survey было указано важное значение доставки на Землю образцов атмосферы Венеры. Воздушный шар может быть запущен в облачный слой, и ракета, стартующая с него, могла бы отправить взятый образец в космос. По словам Каттса и его команды, такая миссия могла бы стать важным этапом на пути к миссии на поверхности Венеры.

Образец грунта с поверхности, вероятно, станет вершиной достижения, когда дело дойдет до изучения Венеры. Но, как и с большинством предлагаемых целей для Венеры, нам придется подождать некоторое время.

Каттс и команда признают, что технологии, позволяющие исследовать Венеру, находятся в стадии развития. Никаких новых миссий на Венеру не планируется до 2020 года. Были предложения о таких вещах, как парусные самоходные аппараты, но мы еще не готовы воплотить их в реальность. Мы разрабатываем термостойкую электронику, но пока она еще примитивна. Работы много.

С другой стороны, некоторые вещи могут произойти раньше. Может оказаться, что мы можем узнать о венерианской сейсмической активности от аэростатных или орбитальных датчиков. Высказываются предположения, что из-за высокой плотности атмосферы возникает сильное механическое взаимодействия между атмосферой и грунтом сейсмические волны передаются в атмосферу, где они могут быть обнаружены в инфразвуке микрофоном с летающего зонда или в инфракрасной или ультрафиолетовой области спектра с орбиты. Таким образом, долгосрочная цель сейсмического зондирования недр Венеры может быть перенесена на ближайшую или среднесрочную перспективу.

Поскольку в данный момент активно развиваются наноспутники и кубсаты, эти малые космические аппараты могут играть большую роль в исследовании Венеры и тоже сдвигать сроки. NASA планирует включить эти небольшие аппараты в каждый запуск, где имеется несколько килограммов избыточной мощности. Группа наноспутников может сформировать сеть сейсмических датчиков намного легче и намного раньше, чем установленная сеть поверхностных датчиков. Сеть наноспутников могла бы также служить средством связи для других миссий.

В наши дни Венера не производит много шума. Открытие подобных Земле миров в отдаленных солнечных системах мелькает в заголовках почти каждый день. Всегда популярная тема поиска жизни сосредоточена на Марсе и подповерхностных океанах спутников газовых гигантов нашей Солнечной системы. Но Венера тоже является важной целью, и понимание эволюции Венеры поможет нам понять, что мы видим в отдаленных планетных системах.