Когда-то Венера была так же пригодна для жизни, как и Земля
Автор: Дэвид Гринспун
В день моего рождения — зимнего солнцестояния 1959 года — журнал «Life» вышел с заголовком: «Цель — Венера: там может быть жизнь!». В материале рассказывалось о том, как ученые поднялись на воздушном шаре на высоту в 24 км, чтобы провести телескопические наблюдения за атмосферой Венеры, и что обнаруженная ими вода породила надежду на присутствие на планете живых существ. В детстве я с восторгом читал рассказы о подводных приключениях с венерианскими лягушками-телепатами в научно-фантастическом романе Айзека Азимова «Лаки Старр и океаны Венеры». В 1975 году, когда мне было 15 лет, друг семьи — ученый-планетолог — подарил мне фотографию первого в истории снимка, сделанного с поверхности другой планеты: Венеры. Советский зонд «Венера-9» сделал черно-белое изображение ландшафта с угловатыми скалами и мелкозернистой грязью. Из-за яркого пятна на небе пейзаж казался не таким неземным, как снимки луны, сделанные «Аполлонами», и больше походил на странную пасмурную пустыню, которую можно надеяться когда-нибудь посетить.
Однако для многих моих сверстников Венера быстро утратила свою романтику. Первое, что обнаружили ученые, изучавшие эту планету —то, что Венера вовсе не является земным раем, каким ее представляли фантасты. По основным свойствам, таким как масса, плотность и размер, она почти идентична нашей планете. Но ее поверхность была выжжена и иссушена удушающим океаном углекислого газа. Зажатая в палящих смертельных тисках беглого парникового эффекта, Венера долгое время служила предостережением всего, что может пойти не так на планете, подобной Земле. Как возможный дом для инопланетной жизни, она была признана планетой с наименьшими шансами на успех.
Но я не хотел отказываться от Венеры, и с годами моя упрямая преданность была вознаграждена. Скалистые просторы, мельком увиденные «Венерой-9» и другими российскими посадочными аппаратами, наводили на мысль о мучительной вулканической истории. Это подтвердил в начале 1990-х годов американский орбитальный аппарат «Магеллан», который с помощью радара просветил насквозь густые облака планеты и обнаружил богатую, разнообразную и динамичную поверхность. Судя по скудости ударных кратеров, поверхность сформировалась в основном за последний миллиард лет, что делает ее более свежей и активной, чем любая другая каменистая планета, кроме Земли. Российские и американские космические аппараты также обнаружили намеки на то, что изначальный климат мог быть более влажным, прохладным и, возможно, даже благоприятным для жизни. Измерения плотности и состава указывают на то, что Венера первоначально сформировалась практически из того же материала, что и Земля. Предположительно там было гораздо больше воды, чем на нашей планете.
Подтверждение этому дает измеренное соотношение дейтерия (тяжелого водорода) и обычного водорода. В атмосфере Венеры пропорционально намного больше дейтерия, чем в атмосфере Земли. Этот перекос является признаком того, что водород планеты постепенно уходит в космос; дейтерий, будучи более тяжелым, вытекает медленнее, чем его более легкий родственник, поэтому со временем разница накапливается. Если отмотать время назад, то когда-то на Венере должно было быть гораздо больше водорода, а значит, и воды.
***
Таким образом, наше представление Венеры относительно времени зарождения жизни на Земле следующее: теплые океаны, вероятно, богатые органическими молекулами, бурлящие вокруг скалистых берегов и вулканических жерл. Теория звездной эволюции предсказывает, что Солнце в те времена было значительно менее ярким. Поэтому Венера, вероятно, была более уютной средой обитания для жизни, чем Земля. По мере того, как Солнце постепенно нагревалось, вода больше уходила в атмосферу. Поскольку водяной пар является мощным парниковым газом, это вело к большему потеплению, и, в свою очередь — большему испарению, создав мощную положительную обратную связь. После того как солнце достигло определенного уровня яркости, процесс стал необратимым. Океаны полностью испарились, солнечная радиация расщепила воду на водород и кислород, водород улетучился в космос, а кислород либо улетучился вместе с ним, либо был поглощен поверхностными минералами. В результате получилась высохшая адская дыра, которую мы видим сегодня.
Всё это заняло значительное время. Мы с коллегами применили к Венере модели глобальной циркуляции, которые используем для изучения изменения климата на Земле. Если учесть такие детали, как формирование облаков, глобальные ветры, топографию и вращение планеты, наши модели говорят нам, что Венера могла оставаться океанической и пригодной для жизни гораздо дольше, чем считалось ранее, возможно, значительно дольше, чем когда-либо Марс. Планета спонтанно развивает облачность, которая защищает ее от воздействия нагретого Солнца. Солнечная сторона покрывается яркими облаками, которые отражают входящий солнечный свет. Ночная сторона остается практически безоблачной, что позволяет планете охлаждаться за счет теплового излучения в дальний космос. Многое из модели зависит от деталей рельефа прошлого, скорости вращения и состава атмосферы, который нам еще предстоит определить, пока мы не получим более точные данные от новых миссий.
Последствия этого поразительны. На протяжении большей части истории Земли Венера была ближайшей планетой, пригодной для жизни, и, возможно, даже домом для процветающей биосферы. В течение миллиардов лет в нашей Солнечной системе могли существовать два соседних влажных, геологически активных, пригодных для жизни скалистых мира. Возможно, они даже иногда обменивались жизнью.
Однако мрачная репутация Венеры никуда не исчезла. В НАСА, как и российские коллеги, отказались от изучения этой планеты. У США не было миссии на Венеру со времен «Магеллана», который был запущен в 1989 году. Но другие страны включились в игру. Летом 2006 года я получил письмо из Парижа, которое изменило мою жизнь. Оно начиналось так: «С удовольствием сообщаю Вам, что после тщательной экспертной оценки Вы были выбраны в качестве междисциплинарного ученого (IDS) для миссии VENUS EXPRESS». Подписанное координатором миссий по изучению Солнечной системы Европейского космического агентства, оно завершалось приглашением меня на встречу через неделю в Дармштадте, Германия.
Да! — подумал я. Я отправляюсь на Венеру! И вот так я, американский астробиолог, присоединился к научной команде Venus Express, первой европейской попытке исследовать ближайшую и наиболее похожую на Землю другую планету. Маленький космический аппарат провел восемь лет на орбите вокруг нашей планеты-сестры, изучая измененную Землю с совершенно безумным парниковым климатом, постоянно меняющимися облаками, огромными торнадоподобными вихрями, хаотично танцующими вокруг полюсов, сильными электрическими бурями и, как мы уверены, действующими вулканами.
Японское космическое агентство JAXA запустило свой собственный космический аппарат «Акацуки», но когда зонд прибыл на Венеру в 2010 году, он не смог выйти на орбиту и вместо этого вращался вокруг Солнца. В результате технического подвига, который стоит в одном ряду с восстановлением «Аполлона-13», агентство вернуло контроль над аппаратом и вывело его на орбиту планеты в 2015 году. Теперь он еще больше обогащает наше понимание изменчивой атмосферы и облаков и ищет дополнительные намеки на вулканически активную поверхность.
Эти небольшие миссии новых космических держав поддерживают исследования Венеры. Похоже, что Венера, как и Земля, все еще пульсирует внутренней геологической активностью. И все же нам нужны новые миссии НАСА, чтобы узнать, что Венера действительно может рассказать нам о том, как она развивалась. То, что она нам расскажет, поможет более широкому изучению планет, подобных Земле. Пройдет много времени, прежде чем мы сможем рассмотреть подробно планеты за пределами нашей Солнечной системы, но наши соседи вполне нам доступны. Мы можем использовать детальные наблюдения тех немногих планет, до которых можем добраться сейчас, для калибровки наших неизбежно редких наблюдений за планетами в других частях Галактики.
***
Благодаря технологическому прогрессу в инструментарии космических аппаратов, достигнутому за почти три десятилетия, прошедшие с момента последней американской миссии на Венеру, мы можем представить себе создание новых космических аппаратов, способных выдержать суровые условия планет. Мы могли бы послать инновационный орбитальный аппарат для получения изображений поверхности с новой четкостью в радиолокационном и инфракрасном диапазонах в поисках признаков текущей геологической активности. Мы могли бы найти следы исчезнувшего океана и биосферы с помощью атмосферного зонда, измеряющего химические изотопы. С помощью воздушных аппаратов, парящих в облаках, мы могли бы исследовать экстремальный климат, обогатив своё понимание настоящего и будущего климата Земли. С помощью наземных аппаратов мы могли бы пробурить породы, изучить минералы и узнать их историю.
Я рад возобновлению интереса НАСА к этим миссиям и надеюсь, что скоро начнется новая эра американского участия в исследовании соседней планеты. Есть еще одна огромная причина, по которой я считаю, что эти исследования необходимы. Моя собственная работа в области сравнительной планетологии в последнее время все больше обращается к пониманию трансформации, которую наша собственная планета переживает сейчас благодаря нашим собственным усилиям. Нам необходимы более глубокие знания об эволюции климата. Но мы никогда не сможем полностью понять нашу планету или нашу собственную роль в ее эволюции в вакууме. Нам нужна точка сравнения. Венера предоставляет такую возможность. Это естественная лаборатория для проверки наших моделей и оттачивания нашего понимания экстремальных изменений климата.
Если мы действительно хотим знать, как наша родная планета с ее богатой, влажной биосферой вписывается в остальную Вселенную, нам нужна программа исследования Венеры. Эти научно-фантастические мечты о влажной и живой Венере могут действительно существовать где-то во времени. Но независимо от того, была ли Венера когда-то живой, ее дальнейшее изучение — один из лучших способов узнать, насколько уникальна наша собственная планета, дать контекст нашим растущим знаниям о планетах, подобных Земле.
Дэвид Гринспун — старший научный сотрудник Института планетарных наук. Он входит в состав научных групп нескольких действующих и планируемых межпланетных космических аппаратов. В 2013 году он был назначен инаугурационным председателем астробиологии в Библиотеке Конгресса США. Автор книги «Земля в руках человека».
Оригинал: Pocket
