Испорченный климат планеты любви1

• Тигран Оганесян

На заре космической эпохи самая близкая к нам планета Солнечной системы — Венера рассматривалась двумя конкурирующими державами, СССР и США, вслед за Луной в качестве идеального объекта для первичного тестирования создаваемых исследовательских аппаратов. Фактически на первом этапе космических полетов в 60-е годы ХХ века именно она была главной конечной точкой для советских и американских зондов.

Наиболее успешные модели советских серий «Венера» и «Вега» более 15 лет (с конца 60-х до первой половины 80-х) с завидной регулярностью поставляли на Землю разнообразную информацию о строении и составе венерианской атмосферы, производили съемки поверхности планеты. Свою лепту в подобные исследования внесли и американцы: например, они первыми осуществили подробное картографическое сканирование поверхности Венеры при помощи зондов серий Pioneer Venus и Magellan.

Сто пятьдесят пять дней

К началу 90-х градус научного энтузиазма обеих великих держав в отношении дальнейших исследований Венеры заметно упал: отчасти вследствие масштабных политических пертурбаций, но, пожалуй, в большей степени — из-за смены базовых космических стратегий. Чрезвычайно высокая средняя температура поверхности Венеры (около 470 градусов по Цельсию), чудовищное по земным меркам давление, плотность и токсичность ее атмосферы — все эти не слишком приятные для homo sapiens факторы стали во многом решающими при определении долгосрочных приоритетов американской NASA и российским Федеральным космическим агентством. Недружелюбная Утренняя звезда, как называли в античности Венеру, была надолго отправлена в список запасных, уступив место более экономически привлекательным Луне и Марсу.

Полное научное забвение Венеры длилось без малого 15 лет. Исследования планеты при помощи специальной космической техники были возобновлены лишь благодаря интересу, проявленному к ней Европейским космическим агентством (ЕКА), выделившим на финансирование проекта Venus Express около 220 млн евро.

Аппарат ЕКА Venus Express был запущен 9 ноября 2005 года с космодрома Байконур при помощи российской ракеты-носителя «Союз» и разгонного блока «Фрегат». Его полет к Венере продолжался 155 дней. Venus Express вышел на первую вытянутую орбиту вокруг Венеры 11 апреля 2006 года и после длительной серии маневров 7 мая был окончательно переведен на рабочую орбиту. В ближайшей точке, в районе северного полюса планеты, расстояние до нее составляет около 250 км, максимальное орбитальное отдаление аппарата от поверхности Венеры в зоне южного полюса — более 60 тыс. км.

Важнейшие научные результаты, полученные аппаратом Venus Express, впервые официально были представлены 28 ноября 2007 года на пресс-конференции в штаб-квартире Европейского космического агентства в Париже, приуроченной к публикации в британском журнале Nature (номер от 29 ноября) подробного венерианского отчета из восьми статей.

В марте 2007 года работа Venus Express была официально продлена до мая 2009-го. И судя по последней информации из ЕКА, руководители проекта всерьез рассчитывают на то, что космический аппарат сможет выполнять свою научную миссию и далее. По крайней мере, по словам одного из научных координаторов американца Эндрю Ингерсолла (Калифорнийский технологический институт, Пасадена), «ресурсов топлива на Venus Express хватит до 2013 года».

Уже в 2010 году на подмогу европейскому аппарату должен прийти японский Venus Climate Orbiter, венерианский климатический орбитальный аппарат, имеющий также и другое рабочее название — Planet-С.

Новый Express-анализ

Основные научные задачи, поставленные перед космическим аппаратом ЕКА Venus Express, — ответить на следующие вопросы. Была ли ранее на поверхности Венеры вода, и если была, то какими процессами можно объяснить ее последующее исчезновение? Каковы текущие климатические условия на Венере и насколько они отличны от земных? Каков точный химический состав атмосферы планеты и какова динамика ее изменений; что они могут сказать нам о ее эволюции? Какую роль в атмосферной динамике на Венере играет солнечный ветер (поток частиц, непрерывно идущий от Солнца)?

Наконец, быть может, ключевой вопрос: почему, несмотря на то что базовые физические характеристики Венеры (ее масса, диаметр, средняя плотность и т. д. — см. схему) во многом напоминают земные (Венеру зачастую называют даже сестрой-близнецом Земли), сегодня она столь сильно отличается от нашей планеты? И непосредственно связанный с этим вопрос: какие внутренние или внешние процессы могли стать причиной изменений ее климата по сравнению с тем, что был на Венере несколько сотен миллионов лет назад?

Пожалуй, наиболее интересные результаты, обнародованные недавно на пресс-конференции в Париже и подробно изложенные в материалах Nature, связаны с комплексным анализом Venus Express химии венерианской атмосферы.

В отличие от Земли вода на Венере имеется в крайне незначительных количествах и только в атмосфере — либо в виде водяного пара, либо в составе сернокислых облаков. Разумеется, никаких водных океанов сегодня на Венере нет и в помине (при средней температуре поверхности планеты 457 градусов).

Что же касается двух других важнейших составляющих атмосферы — азота и углекислого газа, они присутствуют как на Венере, так и на Земле. Но если углекислый газ на Венере — основа основ ее атмосферы (на него приходится 96,5% ее общей массы, остальные 3,5% — азот со следами кислорода, аргона и серного ангидрида), на Земле он составляет лишь 0,03% объема атмосферы.

Среднее давление на поверхности Венеры почти на два порядка (примерно в 92 раза) выше, чем на нашей планете, и примерно соответствует тому давлению, которое может испытать земной акванавт, оказавшийся на километровой глубине под водой.

По мнению большинства ученых, в далеком прошлом на поверхности Венеры также должны были существовать огромные запасы воды. Однако благодаря большей близости к Солнцу и растущей активности нашего светила на ранних этапах эволюции Солнечной системы длительный процесс постепенного испарения воды из венерианских океанов привел в итоге к полному иссушению ее поверхности. Этому процессу активно способствовало обильное выделение из литосферы Венеры углекислого газа, который во все больших количествах концентрировался в ее атмосфере.

Как полагают авторы последних публикаций в Nature, изначально атмосфера Венеры по большей части состояла из водяного пара, который под воздействием Солнца разделялся на водород и кислород. Более легкий водород в основном уходил в окрестный космос, тогда как кислород постепенно расходовался в ходе окислительных процессов на поверхности планеты. Косвенным свидетельством этой эволюции может, в частности, служить тот факт, что долевое соотношение более тяжелого изотопа водорода, дейтерия, и обычного водорода на Венере сегодня почти в 150 раз выше, чем на Земле (эту пропорцию удалось достаточно точно установить благодаря измерениям Venus Express).

Безусловно, наиболее подробная информация была получена приборами Venus Express при изучении температурных профилей атмосферы планеты (перепадов температуры в зависимости от расстояния до ее поверхности) и динамики атмосферных потоков. Не вдаваясь в эти детали, отметим лишь несколько наиболее любопытных новых фактов.

Так, одним из серьезных достижений Venus Express стало получение подробного трехмерного изображения так называемого южного полярного вихря. Этот вихрь играет важнейшую роль в балансе венерианской атмосферы: он образуется, когда теплый воздух из экваториальных районов Венеры поднимается в верхние слои атмосферы и уходит к ее южному полюсу, где охлаждается и вновь опускается к поверхности, образуя при этом некое подобие спирали.

На высоте 90–120 км от поверхности на холодной «ночной» стороне планеты был обнаружен неожиданно теплый слой атмосферы, температура которого составляет от 30 до 70 градусов и достигает максимума на высоте 100 км. Природа этой таинственной тепловой инверсии пока остается непроясненной.

Другой, также ждущий объяснения удивительный феномен, зафиксированный в течение нескольких январских дней 2007 года, — внезапное сильное свечение дымки, состоящей из частиц серной кислоты и воды, в венерианской мезосфере на высоте 60–100 км.

Частично были прояснены механизмы взаимодействия солнечного ветра с верхними слоями атмосферы, в результате чего Венера, по всей видимости, постепенно лишается своей газовой оболочки.

Уже сравнительно давно ученые установили, что у Венеры, в отличие от Земли, нет собственного (внутреннего) магнитного поля, которое бы защищало ее атмосферу от солнечного ветра. Поэтому солнечный ветер непосредственно взаимодействует с верхним атмосферным слоем Венеры — ионосферой, состоящей из электрически заряженных частиц (водорода и кислорода). Впрочем, необходимо уточнить, что детальный анализ данных Venus Express пока не дает четкого ответа на вопрос, что именно происходит при таком взаимодействии. Результаты, полученные с помощью магнетометра MAG, свидетельствуют о том, что межпланетное магнитное поле удлиненной формы, переносимое солнечным ветром, создает нечто вроде конверта вокруг Венеры и не дает солнечному ветру глубоко проникать в ее атмосферу. В то же время, согласно данным прибора ASPERA (анализатора плазмы и нейтрального газа), положительно заряженные ионы водорода и кислорода уходят из ионосферы Венеры в космическое пространство намного быстрее, чем нейтральные атомы. При этом долевое соотношение исчезающих водорода и кислорода практически соответствует составу воды: на два иона водорода приходится один ион кислорода.

Возможно, именно этот механизм взаимодействия солнечного ветра с атмосферой Венеры и является главной причиной постепенного исчезновения воды (водяного пара) с планеты, однако окончательные выводы делать еще рано.

Другая загадка эволюции атмосферы Венеры связана с предполагаемым наличием в ней молниевых разрядов. По теории, на Венере не должно быть никаких молний, поскольку ее плотные тяжелые облака, похожие на земной смог, вроде бы не могут их «производить». И тем не менее приборами Venus Express были неоднократно зафиксированы «свистящие атмосферики» — низкочастотные электромагнитные волны, традиционно считающиеся производными молниевых разрядов. По мнению одного из участников исследований — Дэвида Гринспуна, «наличие таких волн можно считать вполне убедительным свидетельством в пользу версии о том, что молнии на Венере все-таки существуют и они оказывают серьезное влияние на атмосферную динамику планеты».

Наконец, пожалуй, наиболее интригующей тайной Венеры остается страшная всепланетная катастрофа, предположительно произошедшая 700–900 млн лет назад и целиком изменившая венерианскую топографию. По информации, полученной предшествующими миссиями на Венеру, никаких видимых следов тектонической активности в настоящее время на ее поверхности не наблюдается. При этом возраст кратеров ее древнейших вулканов, по всей видимости, не превышает 500 млн лет. Напрашивается предположение, что Венера представляет собой нечто вроде «вулканической пароварки», долго накапливающей в глубинах давление, которое затем внезапно вырывается наружу, резко перекраивая рельеф планеты. Возможно, подробная реконструкция истории венерианской вулканической активности и станет тем самым недостающим звеном, которое позволит ученым серьезно продвинуться в понимании универсальных механизмов климатических процессов, происходящих на планетах земной группы.

• Фото недели
• Куда полетит Россия в ближайшие десятилетия
• Почему астрономы все время искажают цвета