Венерианский ренессанс. Почему человечество возобновляет изучение Венеры

Космос 06 июля 2023 Max Polyakov Space

С Венерой связан один из наиболее драматичных поворотов в истории освоения космоса. Планета, считавшаяся многими практически второй Землей, в реальности оказалась едва ли не самым негостеприимным миром Солнечной системы. Некоторые даже образно сравнивали ее с «филиалом ада». Это не могло не спровоцировать существенное снижение интереса к планете, из-за чего космические миссии к ней стали редкостью.

Но в последние годы наблюдается новый тренд. Все больше и больше ученых настаивают на возобновлении широкомасштабных исследований второй планеты от Солнца. Впервые более чем за три десятилетия NASA одобрило новые миссии к ней. Во второй части нашего материала мы расскажем о том, как происходит венерианский ренессанс и ответы на какие вопросы хотят получить планетологи.

Главные загадки Венеры

Несмотря на то, что сейчас мы знаем о Венере в разы больше, чем полвека тому назад, планета по-прежнему хранит множество тайн. Главная из них — в чем причина столь разительного отличия Венеры от Земли? Если по своим основным физическим характеристикам их действительно можно назвать сестрами, то во всем остальном это совершенно разные миры.

Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 24 часа. Венере же на это нужно 243 дня, причем планета вращается ретроградно, то есть в противоположном вращению большинства тел Солнечной системы направлении. К тому же Венера — одна всего из двух сейчас известных нам планет, не имеющая естественных спутников.

Многие астрономы напрямую связывают два этих факта. Бытует мнение, что на заре своего существования Венера выдержала мощное столкновение, в буквальном смысле развернувшее ее в обратном направлении. Если у планеты имелись спутники, то после такого катаклизма они постепенно неуклонно приближались к ней и в конце концов упали на ее поверхность. Подобная катастрофа могла привести к остановке конвекции в ядре Венеры и его медленному затвердеванию. Из-за этого она лишилась глобального магнитного поля.

Некоторые ученые выдвигают предположения намного экзотичнее. Согласно высказанной еще в 1970-х годах гипотезе, Меркурий изначально был спутником Венеры, но затем освободился от ее гравитационных объятий и отправился в свободное плавание. Вызванные этим событием эффекты, в теории, могли бы объяснить нынешнее аномальное вращение Утренней звезды и отсутствие у нее лун. Еще более необычная догадка заключается в том, что давно потерянным спутником Венеры является… Марс. Это помогло бы ответить на вопрос, как в древности, когда светимость Солнца была заметно меньше, чем сейчас, Красная планета могла поддерживать гидросферу. Впрочем, и та, и другая гипотезы имеют ряд нерешенных проблем и потому не являются доминирующими в научном сообществе.

Другая загадка Венеры связана с ее поверхностью. Исходя из количества кратеров, планетологи подсчитали, что примерно полмиллиарда лет тому назад Утренняя звезда пережила «омоложение». В ходе некого глобального события ее поверхность была практически целиком затоплена лавой, уничтожившей все следы изначального рельефа.

Причины этой катастрофы тоже остаются предметом дискуссий. Возможно, в те времена Венера перенесла грандиозное столкновение, которое, помимо разворота планеты, полностью расплавило ее поверхность. Согласно другой, более популярной версии, это циклический процесс. В отличие от Земли, на Венере нет тектоники плит. Поэтому планета избавляется от излишков тепла в своих внутренних слоях, периодически сбрасывая их посредством глобальных вулканических извержений.

Вулканизм на Венере представляет отдельный интерес для планетологов. На карте, полученной космическим аппаратом Magellan, удалось обнаружить тысячи древних вулканов и различных вулканических формаций. Долгое время считалось, что практически все они потухли. Но результаты недавних исследований говорят о том, что как минимум некоторые из венерианских вулканов все еще сохраняют активность.

И все же, главный вопрос, ответ на который стремятся найти исследователи — какой была Венера в далеком прошлом, на заре Солнечной системы. Всегда ли она была «филиалом ада»? Или же несколько миллиардов лет назад Венера действительно напоминала Землю и обладала океаном?

На него не так-то и просто ответить. Довольно легко найти следы рек на Марсе, где их русла хорошо сохранились спустя миллиарды лет после высыхания. Но, как мы уже сказали, полмиллиарда лет назад поверхность Венеры была практически вся расплавлена. Даже если по ней и текли потоки воды, их очертания сейчас скрыты от наблюдателей толстым слоем вулканических отложений.

Поэтому исследователям приходится прибегать к иным методам. Один из них — компьютерное моделирование. Некоторые сценарии показывают, что в течение первых миллиардов лет после своего формирования вторая планета действительно могла обладать океаном. Но в какой-то момент она прошла точку невозврата — усиливающийся парниковый эффект запустил процесс выветривания углекислого газа из горных пород, что привело к радикальному увеличению температуры и давления. В результате океан Венеры полностью испарился. А поскольку у планеты нет защитного магнитного поля, под действием солнечного ветра молекулы воды начали распадаться на кислород и водород и со временем были выбиты из ее атмосферы.

На то, что подобный сценарий вполне вероятен, указывают несколько косвенных факторов. Как мы уже упоминали в предыдущей части материала, одному из спускаемых аппаратов удалось провести анализ капли венерианской атмосферы. Он показал, что в прошлом на планете было намного больше воды. Еще один весьма любопытный факт заключается в том, что несмотря на ошеломляющее количество углекислоты, в атмосфере Венеры содержится примерно столько же азота, как и у Земли. А значит, на раннем этапе своего существования планеты действительно могли быть похожи.

Если Венера и правда когда-то обладала океаном, это поднимает закономерные вопросы о том, могла ли на планете сформироваться жизнь — и может ли она существовать там и сейчас? На первый взгляд, последнее предположение кажется откровенно фантастичным. Впрочем, если процесс разогрева Венеры не был одномоментным, а растянулся на миллионы лет, это бы дало жизни достаточно времени, чтобы адаптироваться к изменениям. В частности, микроорганизмы могли бы постепенно перебраться повыше — в верхние слои атмосферы планеты, где значительно более комфортные температуры и давление.

В 2020 году много шума наделала новость об обнаружении в атмосфере Венеры фосфина, который считается одним из потенциальных биомаркеров. Позже, правда, находку поставили под сомнение другие исследователи. В любом случае, дискуссия о фосфине существенно подогрела интерес к вопросу о возможности существования жизни на Венере.

Возвращение на Венеру

Для того, чтобы подтвердить или опровергнуть описанные выше предположения и гипотезы, необходимы новые миссии, которые смогут изучить Венеру с использованием современных инструментов. Увы, за прошедшие после полета Magellan три десятилетия к Венере было отправлено всего два специализированных аппарата. Первым стал европейский Venus Express, изучавший атмосферу планеты в период с 2006 по 2015 год. Ему, в частности, удалось обнаружить у Венеры протяженный водородный хвост, подтвердив описанный выше сценарий потери ею воды. Данные Venus Express указали и на то, что на планете все еще продолжается вулканическая активность.

Вторым венерианским исследователем стал японский «Акацуки». Аппарат должен был добраться до Венеры еще в 2010 году, но его задержала поломка основного двигателя. После серии злоключений в 2015 году он все же достиг цели и до сих пор передает данные. Правда, «Акацуки» вышел на значительно более далекую орбиту вокруг Венеры, нежели предполагалось планом полета, что заметно уменьшило его научную отдачу.

Хорошая новость заключается в том, что уже в ближайшее время мы увидим немало новых миссий к Утренней звезде. Любопытно, что многие из них проектируются новыми космическими игроками. Так, к 2025 года компания Rocket Lab планирует отправить первую в истории частную миссию к Венере. Ее целью станут астробиологические исследования.

Проектируемый Rocket Lab венерианский зонд представляет собой 20-килограммовую капсулу, внутри которой будет расположен один научный инструмент, предназначенный для химического анализа атмосферы планеты и поиска в ней следов органических веществ. План полета предполагает, что аппарат начнет измерения на высоте 60 км и будет продолжать их до отметки в 45 км. Посадка на поверхность не предусмотрена.

Конечно, с точки зрения масштаба, миссия Rocket Lab выглядит куда скромнее своих предшественников. Но ее можно считать первой ласточкой на пути к венерианскому ренессансу.

Уже в конце 2024 года Индия планирует запустить к Венере собственную миссию «Шукраян-1», которая займется изучением ее атмосферы и поверхности. Предполагается, что помимо орбитального аппарата, в нее будет включен спускаемый модуль, который сбросит в атмосферу планеты небольшой аэростат.

Если все пойдет по плану, в 2028 году вторую планету навестит и арабская миссия EMM (Emirates Mars Mission). Любопытно, что Венера будет всего лишь одной из ее целей. После ее изучения аппарат направится к Марсу, а затем и в пояс астероидов.

В прошлом году ESA одобрило проект создания венерианского зонда, получившего название EnVision. Его основными целями заявлены изучение атмосферы и эндогенной активности планеты, а также составление детальной карты ее поверхности. Для этого аппарат оснастят набором спектрометров, подповерхностным радаром и радаром с синтетический апертурой. Первые два инструмента будут построены европейскими учеными, третий предоставит NASA. Пока что запуск EnVision запланирован на 2031-2033 годы.

Свой проект венерианской миссии есть и у Китая. Аппарат VOICE (Venus Volcano Imaging and Climate Explorer) должен будет заняться изучением геологической эволюции планеты, процессов взаимодействия поверхности и атмосферы, а также оценкой потенциала жизни в ее облаках. Правда, в отличие от других миссий в нашем списке, официально он пока еще не утвержден.

На фоне всей этой активности NASA тоже решило не отставать от конкурентов. В 2021 году организация дала добро на разработку первых со времен Magellan американских миссий к Венере. Они получили названия VERITAS и DAVINCI+.

VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) займется картографированием Венеры и изучением тектонических процессов. В частности, он составит детальную трехмерную карту венерианской поверхности. Ученые надеются, что она поможет найти ответы на вопросы, какой была планета в далеком прошлом, и могла ли она обладать океаном. Также аппарат будет исследовать гравитационное поле Венеры, что позволит определить особенности ее внутреннего строения. На данный момент запуск VERITAS запланирован в 2031 году.

Что касается DAVINCI+, этот зонд предназначен для химического анализа атмосферы Венеры. В процессе спуска он будет анализировать пробы воздуха на разных высотах с целью поиска благородных газов, а также других химических элементов и соединений, которые могут пролить свет на прошлое Венеры. Аппарат оснастят инфракрасной камерой. В процессе спуска он осуществит съемку высокогорного региона Область Альфа, что позволит составить его топографическую карту и определить химический состав. Запуск DAVINCI+ намечен на 2029 год.

Люди на Венере

Любой разговор об изучении Венеры рано или поздно сводится к упоминанию возможности отправки к ней людей. Любопытно, что NASA разработало проект пилотируемой пролетной миссии к планете еще в 1960-х годах (основанный на использовании архитектуры программы Apollo), который не получил нужного финансирования. Все научные задачи, возлагаемые на эту экспедицию, затем были достигнуты с использованием автоматов.

Позже были разработаны и другие проекты пролетных миссий к Венере — часть из них предполагала посещение одним заходом и Венеры, и Марса. В принципе, некоторые возможно реализовать и сейчас. Но очевидно, что научная отдача от пролетной миссии окажется откровенно невелика. И в основном она будет иметь символическую ценность.

Если же говорить о перспективах долгосрочных экспедиций, стоит отметить, что на нынешнем уровне развития поверхность второй планеты недосягаема для человека. У человечества пока что нет технологий, позволяющих создать пилотируемый космический корабль, способный безопасно доставить людей на Венеру, выдержать экстремальные условия на ее поверхности, а затем успешно взлететь. Да и, опять же, научная отдача от подобной миссии явно будет оставлять желать лучшего.

Куда более перспективным видится вариант с покорением венерианских небес. На высоте 50-60 км над поверхностью планеты атмосферное давление аналогично земному, а температура — в достаточно комфортном диапазоне от 0°C до 75°C. При этом смесь азота и кислорода на Венере является подъемным газом. А это значит, что наполненная им оболочка будет парить подобно гелиевому аэростату на Земле.

Это открывает любопытную возможность организации пилотируемой экспедиции с использованием воздушного судна (дирижабля). В 2015 году специалисты NASA даже опубликовали дорожную карту, описывающую, как именно человечество могло бы освоить небо Венеры. Она разбита на пять этапов.

На первом этапе в атмосферу Венеры сбросят экспериментальный автоматический дирижабль. На втором на орбиту вокруг планеты будет выведен космический корабль с экипажем. Третий этап предполагает спуск в атмосферу Венеры дирижабля с двумя астронавтами. На протяжении 30 дней они будут изучать планету, после чего стартуют на небольшой ракете, состыкуются с оставшимся на орбите космическим кораблем и вернутся на Землю. Четвертый этап предусматривает спуск в атмосферу Венеры более крупного дирижабля, способного продолжать полет в течение года. Пятый — создание постоянного воздушного поселения.

Несмотря на то, что подобные миссии пока что выглядят делом довольно далекого будущего, NASA уже отрабатывает некоторые технологии, которые могут потребоваться для их реализации. Так, летом 2022 года инженеры из Лаборатории реактивного движения и компании Near Space провели успешные испытания прототипа роботизированного воздушного шара, предназначенного для полетов в атмосфере Венеры.

Если же говорить о еще более далеких перспективах, нельзя не отметить, что по мнению некоторых специалистов, именно Венера, а не Марс, является более благоприятным для проведения терраформации миром. Это единственное каменное тело Солнечной системы, обладающее близкой к земной силой тяжести. Она позволит избежать вредных для здоровья людей последствий, вызванных постоянным проживанием в условиях пониженной гравитации. Кроме того, полеты к Венере проще с энергетической точки зрения и быстрее, нежели к Красной планете.

Основной недостаток Венеры — экстремальные атмосферно-температурные условия и практически полное отсутствие воды. В качестве возможных вариантов решения проблемы называют строительство гигантских зеркал, которые бы уменьшили поток солнечного излучения и охладили бы планету до такого состояния, когда превалирующая часть ее газовой оболочки выпадет на поверхность в виде сухого льда. Что касается воды, то для ее доставки можно было бы использовать ледяные тела Солнечной системы. А точно рассчитанная астероидная бомбардировка, теоретически, позволила бы «раскрутить» Венеру, решив проблему ее очень длинных суток.Конечно, подобный мегапроект является делом весьма отдаленного будущего. Его реализация потребует технологий, намного превосходящих современные, и наличия средств быстрого вывода огромного количества грузов на орбиту — например, космического лифта. Но если человечеству действительно суждено стать мультипланетным видом — рано или поздно оно обратит свой взор на Венеру. А там, кто знает? Возможно, в далеком будущем вторая планета от Солнца действительно сможет стать полноценной сестрой Земли.