Хотя Венера и Земля являются так называемыми планетами-сестрами, они такие же разные, как рай и ад. Земля — это природный рай, где жизнь сохранилась под лазурным небом, несмотря на многочисленные массовые вымирания. С другой стороны, Венера — это пылающая планета с облаками серной кислоты и атмосферным давлением, достаточно сильным, чтобы раздавить человека.
Но сестринская вещь не исчезнет, потому что оба мира имеют примерно одинаковую массу и радиус и представляют собой каменистые планеты, расположенные рядом друг с другом во внутренней части Солнечной системы. Почему они такие разные? Что эти различия говорят нам о нашем поиске жизни?
Международное астрономическое сообщество признает, что понимание обитаемости планет является важной частью космической науки и астробиологии. Без более глубокого понимания планет земной группы и их атмосфер, обитаемых или нет, мы не сможем точно знать, что мы видим, когда исследуем далекую экзопланету. Если мы найдем экзопланету, на которой проявляются какие-то признаки жизни, мы никогда не посетим ее, никогда не изучим ее вблизи и никогда не сможем попробовать ее атмосферу.
Это смещает научный фокус на планеты земной группы в нашей Солнечной системе. Не потому, что они кажутся пригодными для жизни, а потому, что полная модель планет земной группы не может быть полной без включения тех, которые являются практически адскими дырами, такими как сестра Венера.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, рассматривает, как две планеты разошлись и что могло быть причиной этого расхождения. Он называется «Венера как опорная точка обитаемости планеты». Ведущий автор — Стивен Кейн из факультета наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Риверсайде. Его соавтором является Пол Бирн с факультета наук о Земле, окружающей среде и планетах Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
«Основное внимание сообщества планетологов и астробиологов уделяется пониманию обитаемости планет, включая множество факторов, которые контролируют эволюцию и устойчивость умеренных поверхностных сред, таких как Земля», — пишут Кейн и Бирн. «Несколько существенных атмосфер земных планет в Солнечной системе служат важнейшим ресурсом для изучения этих факторов обитаемости, на основе которых можно построить модели для применения к внесолнечным планетам».
С их точки зрения, близнецы нашей Солнечной системы предоставляют нам лучшую возможность изучить, как похожие планеты могут иметь такие разные атмосферы. Чем больше мы это понимаем, тем лучше мы сможем понять, как каменистые миры развиваются с течением времени и как различные условия улучшают или ограничивают обитаемость.
Земля является исключением. Благодаря умеренному климату и поверхностным водам он был пригоден для жизни на протяжении миллиардов лет, хотя и с некоторыми климатическими эпизодами, которые серьезно ограничивали жизнь. Но когда мы смотрим на Марс, кажется, что он какое-то время был пригоден для жизни, а затем потерял атмосферу и поверхностные воды. Ситуация на Марсе должна быть более распространенной, чем на Земле.
Понять экзопланету, когда мы ничего не знаем о ее истории, — колоссальная задача. Мы видим его только в одну эпоху его климатической и атмосферной истории. Но открытие тысяч экзопланет помогает. «Открытие тысяч экзопланет и подтверждение того, что планеты земной группы являются одними из наиболее распространенных типов, обеспечивают статистическую основу для изучения свойств планет и их эволюции в целом», — пишут авторы.
Узкий диапазон свойств позволяет возникнуть биохимии, но эти свойства могут недолговечными. Нам необходимо определить эти свойства и их параметры и лучше понять пригодность для жизни. С этой точки зрения Венера является сокровищницей информации.
Но Венера — это вызов. Мы не можем видеть сквозь густые облака, кроме как с помощью радара, и никто не пытался посадить там космический корабль со времен СССР в 1980-х годах. Большинство этих попыток провалились, а те, что уцелели, продлились недолго. Без более точных данных мы не сможем понять историю Венеры. Простой ответ: он ближе к Солнцу. Но это слишком просто, чтобы быть полезным.
«Эволюционный путь Венеры к ее нынешнему состоянию безудержного парникового эффекта является предметом споров, поскольку традиционно его связывают с ее более близкой близостью к Солнцу», — объясняют Кейн и Бирн.
Но когда ученые пристальнее присматриваются к Венере и Земле, они обнаруживают между ними множество фундаментальных различий, выходящих за рамки их расстояний от Солнца. У них разные скорости вращения, разные углы наклона и разные магнитные поля, и это лишь некоторые из них. Это означает, что мы не можем точно измерить эффект, который оказывает на планету повышенная солнечная инсоляция.
Это основная мысль авторов. Различия между Землей и Венерой делают Венеру важной частью понимания обитаемости каменистой экзопланеты. «Таким образом, Венера предлагает нам важнейшую опорную точку в дискурсе об обитаемости планет, поскольку ее эволюционная история представляет собой альтернативный путь по сравнению с земным повествованием, хотя происхождение обоих миров, по-видимому, схоже», — пишут они.
Авторы отмечают, что основной потребностью для жизни являются поверхностные воды. Но более серьезный вопрос заключается в том, какие факторы определяют, как долго могут сохраняться поверхностные воды. «Благодаря этому измерению исследования обитаемости планет могут затем сосредоточиться на условиях, которые позволяют поддерживать жидкую воду на поверхности в течение геологического времени», — пишут они.
Земля и Венера находятся на противоположных концах спектра обитаемости каменистых планет. Это важный урок, который мы можем извлечь из нашей Солнечной системы. По этой причине «…понимание пути к венерианскому сценарию так же важно, как и понимание пути к обитаемости, который характеризует Землю», — пишут авторы.
Пара исследователей составила список некоторых факторов, определяющих обитаемость на Земле и Венере.
Мы очень многого не знаем о Венере. Насколько велико его ядро? Была ли там когда-нибудь вода? Некоторые исследования показывают, что, когда планета лишилась воды и стала полностью обитаемой, в ее атмосфере было много кислорода. Если бы мы увидели такое же количество кислорода на далекой экзопланете, мы могли бы интерпретировать это как признак жизни. Большая ошибка. «Таким образом, Венера служит предостережением для интерпретаций явно богатой кислородом атмосферы», — пишут авторы.
Исследовательская перспектива Кейна и Бирна — это призыв к действию. Это отражает то, что говорится в недавнем десятилетнем обзоре. «Недавние исследования в области астрономии и астрофизики, а также десятилетних исследований в области планетологии и астробиологии подчеркивают необходимость улучшения понимания планетарной обитаемости как важной цели в контексте астробиологии», — пишут они. По мнению авторов, Венера может стать опорой для этих усилий.
Но чтобы это послужило якорем, ученым нужны ответы на множество вопросов. Им необходимо более тщательно изучить его атмосферу на всех высотах. Им необходимо изучить его внутреннюю часть и определить природу и размер его ядра. Крайне важно, чтобы они подняли космический корабль на ее поверхность и внимательно изучили ее геологию. Короче говоря, нам нужно сделать на Венере то же, что мы сделали на Марсе.
Это сложно, учитывая враждебное окружение Венеры. Но готовятся миссии для более детального исследования Венеры. VERITAS, DAVINCI и EnVision — миссии на Венеру, запланированные на 2030-е годы. Эти миссии начнут давать учёным ответы, которые нам нужны.
По мере того, как мы узнаем больше о Венере, нам также необходимо узнать больше об экзо-Венерах. «Параллельным подходом к изучению внутренних свойств Венеры является статистический анализ обширного (и все еще быстро растущего) набора экзопланет земной группы», — пишут авторы.
Мы живем в эпоху открытия экзопланет. Мы обнаружили более 5000 подтвержденных экзопланет, и их число продолжает расти. Мы запускаем космические аппараты, чтобы подробнее изучить наиболее интересные из них. Но в какой-то момент все изменится. Сколько из них нам нужно каталогизировать? 10 000 достаточно? 20 000? 100 000?
Сейчас все это ново, и энтузиазм по поводу поиска большего количества экзопланет, особенно скалистых в обитаемых зонах, понятен. Но в конце концов мы достигнем некоего порога убывающей отдачи. Чтобы понять их, наши усилия могли бы быть более разумно направлены на изучение Венеры и того, как она развивалась по-разному.
Как предполагают Кейн и Бирн.
