Чому людство відновлює вивчення Венери
З Венерою пов’язаний один із найдраматичніших поворотів в історії освоєння космосу. Планета, яку багато хто вважав практично другою Землею, насправді виявилася чи не найбільш негостинним світом Сонячної системи. Деякі навіть образно порівнювали її з “філією пекла”. Це не могло не спровокувати істотне зниження інтересу до планети, через що космічні місії до неї стали рідкістю.
Але останніми роками спостерігається новий тренд. Дедалі більше вчених наполягають на відновленні широкомасштабних досліджень другої планети від Сонця. Вперше за більш ніж три десятиліття NASA схвалило нові місії до неї. У другій частині нашого матеріалу ми розповімо про те, як відбувається венеріанський ренесанс і відповіді на які запитання хочуть отримати планетологи.
Попри те, що зараз ми знаємо про Венеру в рази більше, ніж пів століття тому, планета, як і раніше, зберігає безліч таємниць. Головна з них — у чому причина такої разючої відмінності Венери від Землі? Якщо за своїми основними фізичними характеристиками їх дійсно можна назвати сестрами, то в усьому іншому це абсолютно різні світи.
Земля робить один оберт навколо своєї осі за 24 години. Венері ж на це потрібно 243 дні, причому планета обертається ретроградно, тобто у протилежному обертанню більшості тіл Сонячної системи напрямку. До того ж Венера — одна з лише двох наразі відомих нам планет, що не має природних супутників.
Багато астрономів безпосередньо пов’язують ці два факти. Існує думка, що на світанку свого існування Венера витримала потужне зіткнення, яке в буквальному сенсі розвернуло її у зворотному напрямку. Якщо у планети були супутники, то після такого катаклізму вони поступово неухильно наближалися до неї і врешті-решт впали на її поверхню. Подібна катастрофа могла призвести до зупинки конвекції в ядрі Венери і його повільного затвердіння. Через це вона позбулася глобального магнітного поля.
Деякі вчені висувають і набагато екзотичніші припущення. Згідно з висловленою ще в 1970-х роках гіпотезою, Меркурій спочатку був супутником Венери, але потім звільнився від її гравітаційних обіймів і вирушив у вільне плавання. Спричинені цією подією ефекти, в теорії, могли би пояснити нинішнє аномальне обертання Ранкової зорі та відсутність у неї місяців. За ще більш незвичайною здогадкою, давно втраченим супутником Венери є… Марс. Це допомогло б відповісти на запитання, як у давнину, коли світність Сонця була помітно меншою, ніж зараз, Червона планета могла підтримувати гідросферу. Утім, і та, й інша гіпотези мають низку невирішених проблем і тому не є домінантними в науковій спільноті.
Інша загадка Венери пов’язана з її поверхнею. З огляду на кількість кратерів, планетологи підрахували, що приблизно пів мільярда років тому Ранкова зоря пережила “омолодження”. Під час якоїсь глобальної події її поверхню практично цілком затопила лава, яка знищила всі сліди початкового рельєфу.
Причини цієї катастрофи теж залишаються предметом дискусій. Можливо, в ті часи Венера перенесла грандіозне зіткнення, яке, крім розвороту планети, повністю розплавило її поверхню. Згідно з іншою, більш популярною версією, це циклічний процес. На відміну від Землі, на Венері немає тектоніки плит. Тому планета позбавляється надлишків тепла у своїх внутрішніх шарах, періодично скидаючи їх за допомогою глобальних вулканічних вивержень.
Вулканізм на Венері становить окремий інтерес для планетологів. На мапі, отриманій космічним апаратом Magellan, вдалося виявити тисячі стародавніх вулканів і різних вулканічних формацій. Тривалий час вважалося, що практично всі вони згасли. Але результати недавніх досліджень свідчать, що щонайменше деякі з венеріанських вулканів все ще зберігають активність.
І все ж, головне питання, відповідь на яке прагнуть знайти дослідники — якою була Венера в далекому минулому, на світанку Сонячної системи. Чи завжди вона була “філією пекла”? Або ж кілька мільярдів років тому Венера дійсно нагадувала Землю і мала океан?
На нього не так-то й просто відповісти. Досить легко знайти сліди річок на Марсі, де їхні русла добре збереглися через мільярди років після висихання. Проте, як ми вже казали, пів мільярда років тому поверхня Венери була практично вся розплавлена. Навіть якщо нею і текли потоки води, їхні обриси зараз приховані від спостерігачів товстим шаром вулканічних відкладень.
Тому дослідникам доводиться вдаватися до інших методів. Один із них — комп’ютерне моделювання. Деякі сценарії показують, що протягом перших мільярдів років після свого формування друга планета дійсно могла мати океан. Та в якийсь момент вона пройшла точку неповернення — посилення парникового ефекту запустило процес вивітрювання вуглекислого газу з гірських порід, що призвело до радикального збільшення температури і тиску. В результаті океан Венери повністю випарувався. А оскільки планета не має захисного магнітного поля, під дією сонячного вітру молекули води почали розпадатися на кисень та водень, і згодом були вибиті з її атмосфери.
На те, що подібний сценарій цілком імовірний, вказують кілька непрямих факторів. Як ми вже згадували в попередній частині матеріалу, одному зі спускових апаратів вдалося провести аналіз краплі венеріанської атмосфери. Він показав, що в минулому на планеті було набагато більше води. Ще один вельми цікавий факт полягає в тому, що попри вражаючу кількість вуглекислоти, в атмосфері Венери міститься приблизно стільки ж азоту, що й у земній атмосфері. А отже, на ранньому етапі свого існування планети дійсно могли бути схожими.
Якщо Венера і справді колись мала океан, це піднімає закономірні питання щодо того, чи могло на планеті сформуватися життя — і чи може воно існувати там і зараз? На перший погляд, останнє припущення здається відверто фантастичним. Утім, якщо процес розігріву Венери не був одномоментним, а розтягнувся на мільйони років, це б дало життю достатньо часу, щоб адаптуватися до змін. Зокрема, мікроорганізми могли б поступово перебратися вище — у верхні шари атмосфери планети, де значно комфортніші температури та тиск.
У 2020 році багато галасу наробила новина щодо виявлення в атмосфері Венери фосфіну, який вважається одним із потенційних біомаркерів. Пізніше, щоправда, знахідку поставили під сумнів інші дослідники. У будь-якому разі, дискусія про фосфін суттєво підігріла інтерес до питання щодо можливості існування життя на Венері.
Для того, щоб підтвердити або спростувати описані вище припущення і гіпотези, необхідні нові місії, які зможуть вивчити Венеру з використанням сучасних інструментів. На жаль, за минулі після польоту Magellan три десятиліття до Венери було відправлено лише два спеціалізовані апарати. Першим став європейський Venus Express, який вивчав атмосферу планети в період з 2006 до 2015 року. Йому, зокрема, вдалося виявити у Венери протяжний водневий хвіст, підтвердивши описаний вище сценарій втрати нею води. Дані Venus Express вказали й на те, що на планеті все ще триває вулканічна активність.
Другим венеріанським дослідником став японський “Акацукі”. Апарат мав дістатися Венери ще 2010 року, але його затримала поломка основного двигуна. Після серії поневірянь у 2015 році він все ж таки досяг мети і досі передає дані. Щоправда, “Акацукі” вийшов на значно більш далеку орбіту навколо Венери, ніж передбачалося планом польоту, що помітно зменшило його наукову віддачу.
Хороша новина полягає в тому, що вже найближчим часом ми побачимо безліч нових місій до Ранкової зорі. Цікаво, що багато з них проєктуються новими космічними гравцями. Так, у 2025 році компанія Rocket Lab планує відправити першу в історії приватну місію до Венери. Її метою стануть астробіологічні дослідження.
Проєктований Rocket Lab венеріанський зонд — це 20-кілограмова капсула, усередині якої буде розташовано один науковий інструмент, призначений для хімічного аналізу атмосфери планети і пошуку в ній слідів органічних речовин. План польоту передбачає, що апарат почне вимірювання на висоті 60 км і продовжуватиме їх до позначки 45 км. Посадка на поверхню не передбачена.
Звісно, з погляду масштабу, місія Rocket Lab має значно скромніший вигляд за її попередників. Але її можна вважати першою ластівкою на шляху до венеріанського ренесансу.
Уже наприкінці 2024 року Індія планує запустити до Венери власну місію “Шукраян-1”, яка вивчатиме її атмосферу і поверхню. Передбачається, що крім орбітального апарата, до неї буде додано спусковий модуль, який скине в атмосферу планети невеликий аеростат.
Якщо все піде за планом, у 2028 році другу планету відвідає й арабська місія EMM (Emirates Mars Mission). Цікаво, що Венера буде лише однією з її цілей. Після її вивчення апарат попрямує до Марса, а потім і в пояс астероїдів.
Минулого року ESA схвалило проєкт створення венеріанського зонда, який отримав назву EnVision. Його основними цілями заявлено вивчення атмосфери та ендогенної активності планети, а також складання детальної мапи її поверхні. Для цього апарат оснастять набором спектрометрів, підповерхневим радаром і радаром із синтетичною апертурою. Перші два інструменти побудують європейські вчені, третій надасть NASA. Поки що запуск EnVision заплановано на 2031-2033 роки.
Свій проєкт венеріанської місії має й Китай. Апарат VOICE (Venus Volcano Imaging and Climate Explorer) повинен буде зайнятися вивченням геологічної еволюції планети, процесів взаємодії поверхні та атмосфери, а також оцінкою потенціалу життя в її хмарах. Щоправда, на відміну від інших місій у нашому списку, він поки що офіційно не затверджений.
На тлі всієї цієї активності NASA теж вирішило не відставати від конкурентів. 2021 року організація дала добро на розробку перших з часів Magellan американських місій до Венери. Вони отримали назви VERITAS і DAVINCI+.
VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) займатиметься картографуванням Венери і вивченням тектонічних процесів. Зокрема, він складе детальну тривимірну мапу венеріанської поверхні. Вчені сподіваються, що вона допоможе знайти відповіді на запитання, якою була планета в далекому минулому, і чи могла вона мати океан. Також апарат досліджуватиме гравітаційне поле Венери, що дасть змогу визначити особливості її внутрішньої будови. Наразі запуск VERITAS заплановано на 2031 рік.
Що стосується DAVINCI+, цей зонд призначений для хімічного аналізу атмосфери Венери. У процесі спуску він аналізуватиме проби повітря на різних висотах з метою пошуку благородних газів, а також інших хімічних елементів і сполук, здатних пролити світло на минуле Венери. Апарат оснастять інфрачервоною камерою. У процесі спуску він здійснить зйомку високогірного регіону Область Альфа, що дозволить скласти його топографічну мапу і визначити хімічний склад. Запуск DAVINCI+ заплановано на 2029 рік.
Будь-яка розмова про вивчення Венери рано чи пізно зводиться до згадки можливості відправки до неї людей. Цікаво, що NASA розробило проєкт пілотованої пролітної місії до планети ще у 1960-х роках (заснований на використанні архітектури програми Apollo), який не отримав потрібного фінансування. Усі наукові завдання, покладені на цю експедицію, потім були досягнуті з використанням автоматів.
На першому етапі в атмосферу Венери мають скинути експериментальний автоматичний дирижабль.
На другому на орбіту навколо планети буде виведено космічний корабель з екіпажем.
Третій етап передбачає спуск в атмосферу Венери дирижабля з двома астронавтами. Протягом 30 днів вони вивчатимуть планету, після чого стартують на невеликій ракеті, зістикуються з космічним кораблем, що залишився на орбіті, і повернуться на Землю.
Четвертий етап визначає спуск в атмосферу Венери більшого дирижабля, здатного продовжувати політ цілий рік.
П’ятий — створення постійного повітряного поселення.
Попри те, що подібні місії поки що здаються справою досить далекого майбутнього, NASA вже відпрацьовує деякі технології, які можуть знадобитися для їхньої реалізації. Так, влітку 2022 року інженери з Лабораторії реактивного руху і компанії Near Space провели успішні випробування прототипу роботизованої повітряної кулі, призначеної для польотів у атмосфері Венери.
Якщо ж говорити про ще дальші перспективи, не можна не відзначити, що, на думку деяких фахівців, саме Венера, а не Марс, є сприятливішим для проведення тераформації світом. Це єдине кам’яне тіло Сонячної системи, що має близьку до земної силу тяжіння. Вона дасть змогу уникнути шкідливих для здоров’я людей наслідків, викликаних постійним проживанням в умовах зниженої гравітації. Крім того, польоти до Венери простіші з енергетичної точки зору і швидші, ніж до Червоної планети.
Основний недолік Венери — екстремальні атмосферно-температурні умови і практично повна відсутність води. Серед можливих варіантів розв’язання проблеми називають будівництво гігантських дзеркал, які б зменшили потік сонячного випромінювання й охолодили б планету до такого стану, коли переважна частина її газової оболонки випаде на поверхню у вигляді сухого льоду. Що стосується води, то для її доставки можна було б використовувати крижані тіла Сонячної системи. А точно розраховане астероїдне бомбардування, теоретично, дало б змогу “розкрутити” Венеру, розв’язавши проблему її дуже довгої доби.Звісно, подібний мегапроєкт є справою вельми віддаленого майбутнього. Його реалізація потребуватиме технологій, що набагато перевершують сучасні, і наявності засобів швидкого виведення велетенської кількості вантажів на орбіту — наприклад, космічного ліфта. Але якщо людству дійсно судилося стати мультипланетним видом — рано чи пізно воно зверне свій погляд на Венеру. А там, хтозна? Можливо, у далекому майбутньому друга планета від Сонця дійсно зможе стати повноцінною сестрою Землі.