Наука: почему так интригует ученых планета Венера?

Ирина Лагунина: В Москве в Институте космических исследований прошли Дни космической науки. В них участвовали ведущие специалисты из международных проектов. Несколько из них посвящено Венере - астрофизики считают ее близняшкой Земли. Почему Венера вызывает сейчас пристальный интерес ученых? Например, потому что однажды родственные планеты начали развиваться по-разному, и Венера потеряла всю воду. Почему? Над ответом на этот вопрос как раз и работают ученые. Рассказывает научный координатор проекта Венера-экспресс (Venus-Еxpress), сотрудник Института исследований солнечной системы Общества Макса Планка в Германии Дмитрий Титов. С ним беседует Ольга Орлова

Ольга Орлова: Что роднит нашу планету с Венерой? Чем она близка Земле?

Дмитрий Титов: Венера всегда считалась ближайшей соседкой Земли, она всегда считалась сестрой нашей планеты просто потому, что мы действительно находимся очень близко в Солнечной системе, практически соседи. Второе, что важно - это соседство подразумевает, что образовались обе планеты из одного и того же материала. Третье - обе планеты имеют практически одинаковую массу и одинаковый радиус. Все, что мы знали до начала космической эры, приводило к мысли, что климат на этих планетах должен быть очень похож. Но первые полеты к Венере, было ясно с первого полета американского, выяснилось, что климаты кардинально различаются, на Венере совершенно мы не можем ожидать тех условий, которые на Земле. В частности, температура чрезвычайно высокая, порядка 450 градусов Цельсия, давление очень высокое, порядка 90 атмосфер. И вот это все поставило перед учеными загадку, каким образом две планеты, которые изначально по идее должны были быть близки друг к другу, каким образом они эволюционировали так, что климаты у них совершенно различны.

Ольга Орлова: Одно из свойств, которое так же объединяет Венеру и Землю – это наличие атмосферы. У Венеры она очень плотная и, видимо, есть какие-то свои особенности.

Дмитрий Титов: Здесь много вещей. Вообще, если сравнивать состав атмосферы Венеры и Земли, то он кардинально различный. На Земле азот и кислород, в то время как на Венере практически сто процентов двуокись углерода. Приблизительно мы представляем, как произошел кислород на Земле, то есть виновата жизнь и первичная жизнь, возникшая на планете, привела как раз к обогащению атмосферы кислородом. Вопрос, куда делась двуокись углерода на Земле, хотя мы тоже ожидаем, что его должно было быть много, как и на Венере. Но сейчас модель приходит к тому, что СО2 был поглощен океанами, открытой водной поверхностью океанов на Земле и осажден в то, что называют карбонатыю ЭТо большие, очень толстые отложения на дне океанов - практически километровые толщи. То есть СО2 сейчас присутствует на Земле, но присутствует в виде камня. Можно сказать, что мы из него строим здания. Все это произошло благодаря тому, что Земля смогла удержать жидкий океан на поверхности, в то время как Венера не смогла. Таким образом на Венере вся двуокись углерода просто оказалась в атмосфере, в то время как на Земле все это удалось связать в осадочные породы.

Ольга Орлова: Одной из главных заагадок в исследовании Венеры является отсутствие воды. Атмосфера у планеты есть, а воды нет. Какие есть основания утверждать, что она точно там была?

Дмитрий Титов: Основания те же самые, что планеты образовались очень близко друг к другу в Солнечной системе и ни одна из моделей современного образования Солнечной системы не могла бы объяснить такую сильную дифференциацию, скажем, когда Земля образовалась с большим количеством воды, в то время как соседка Венера образовалась с малым количеством. Вывод только один, что обе планеты изначально должны были получить одинаковое количество воды. Вопросв том, каким образом Венера потеряла всю воду. И здесь, по-видимому, кардинальным является вот парниковый эффект. По-видимому, на Венере он развился в очень сильной степени, развился очень рано, Венера не смогла образовать открытую водную гладь, чтобы поглотить двуокись углерода, и поэтому практически вся вода, которая досталась Венере при образовании, присутствовала в атмосфере. ЭТо облегчило ее потерю в космосе, что мы сейчас наблюдаем остатки этой потери на аппарате «Венера Экспресс», раньше это был мощный океан, но, к сожалению, он был потерян Венерой.

Ольга Орлова: На Земле существование воды привело к развитию биологической жизни. А вот если обратиться к тому периоду истории Венеры, когда на ней была вода, есть ли какие-то основания думать, что на Венере тоже зарождалась жизнь?

Дмитрий Титов: Здесь мы уходим в далекое прошлое, первый миллиард лет жизни планеты, от нас это приблизительно четыре миллиарда лет назад. И конечно же, сейчас мы можем только гадать, что произошло. Но ученые не гадают, а строят модели, которые должны быть более-менее физически обоснованы. Модели в принципе допускают, что были на Венере климатические условия, достаточные или достаточно комфортные для того, чтобы возникла жизнь. Это было на ранних стадиях. Но, к сожалению, сейчас это только предположения или результаты некоторых моделей. Сейчас мы точно не можем сказать, у нас нет экспериментальных данных, чтобы этот вопрос исследовать и найти какие-то факты.

Ольга Орлова: И не было обнаружено никаких следов органических соединений, которые бы позволяли пофантазировать?

Дмитрий Титов: Пока нет. Сейчас все анализы поверхности Венеры сводятся к тому, что это голые базальты. Возможно, что точность анализа, который проводился на советских аппаратах «Венера», не допускала обнаружения таких малых составляющих как органические соединения. Трудно себе предположить, что какая-то органика смогла сохраниться, даже если она была в условиях 500-градусной жары. Так что, к сожалению, даже сказать, что было раньше, довольно затруднительно.

Ольга Орлова: А наблюдаются ли в атмосфере Венеры явления, похожие на земные грозы, молнии или высотные разряды, которые возникают над облаками.

Дмитрий Титов: Конечно, у Венеры и Земли больше различий, нежели похожестей. Но в общем-то ученые всегда смотрят, ищут аналогии на двух планетах, потому что они просто помогают, если мы видим похожее на других планетах, то мы видим, как данный механизм работает в других условиях, и это позволяет лучше понять и спроецировать знания на Землю. Например, если говорить о динамике атмосферы, она кардинально различна просто потому, что две планеты, Венера вращается очень медленно, Земля вращается очень быстро. Но тем не менее, в некоторых местах на Земле в стратосфере называются джеты - это так называемые струйные течения очень сильные, когда весь воздух, вся масса воздуха течет в одну сторону, без завихрений. И практически если посмотреть на Венеру, то вся атмосфера этой планеты вовлечена в подобные движения. То есть действительно аналогия такая есть. Дальше, если говорить о химии атмосферы, очень интересно, что открытие на Венере сернокислотных облаков - это было в середине 70-х годов - заставило ученых подумать, а не наблюдаются ли подобные процессы на Земле и поискать остатки если сернокислотных облаков, то каких-то сульфатов в атмосфере Земли, и действительно они были найдены. Выброс работы вулканов, выброс двуокиси серы в атмосферу приводит к образованию сульфатных частиц в стратосфере Земли, и эти частицы были найдены. Аналогия, как исследования Венеры помогли нам взглянуть по-другому на нашу планету.
Но говоря о различиях, как я сказал, различий действительно очень много, больше, чем аналогий. Одно из различий, например, что у Земли есть магнитное поле, которым она как зонтиком защищена от потока энергетических частиц, от Солнца, в то время как Венера практически беззащитна, магнитного поля нет, и поэтому энергичные частицы Солнца, протоны с высокими энергиями, они непосредственно налетают на атмосферу и взаимодействуют непосредственно с атмосферой. Это приводит к совершенно другому механизму потери вещества планеты. И сейчас очень интересно смотреть на две сестры с разным свойством (я имею в виду, отсутствие магнитного поля у Венеры и сильное магнитное поле у Земли) и наблюдать, как происходит потеря вещества в этих двух совершенно разных случаях.

Ольга Орлова: Чему учит история развития нашего близнеца? Насколько судьба Венеры предсказывает Земле ее будущее?

Дмитрий Титов: Пожалуй, самое главное связующее звено между этими двумя планетами - это парниковый эффект. То есть это разогрев поверхности планеты из-за того, что в атмосфере планеты находятся определенные газы. Наиболее сильными парниковыми газами являются двуокись углерода, водяной пар. Происходит так, что поверхность получает энергию от Солнца, которая приходит с солнечным светом, и дальше пытается излучить и остыть за счет излучения, пытается излучить эту энергию в космос. Но если есть плотная атмосфера у планеты, то она препятствует этому излучению в космос. Вот что происходит при парниковом эффекте. Парниковый эффект существует как у Венеры, он действительно достигает рекордных размеров - это порядка 500 градусов. То есть за счет атмосферы поверхность нагревается на 500 градусов просто за счет присутствия плотного одеяла на Венере. У Земли он тоже есть и составляет 30-40 градусов. Мы его не замечаем, как-то про это не говорим, но представьте себе, что если бы мы убрали парниковый эффект с Земли, то фактически температура на поверхности опустилась бы ниже точки замерзания воды, всюду была бы Антарктида. Поэтому благодаря парниковому эффекту на Земле мы можем жить достаточно комфортно. Но, конечно же, сейчас вопросы эволюции нашего климата земного, они стоят очень остро, мы все знаем политические заявления, попытки стран ограничить, например, выброс в атмосферу таких газов как СО2 в результате действий промышленности или сжигания лесов. Климат на Земле все теплеет, теплеет, правда, очень медленно, это в пределах градуса за столетия. Мы не можем сказать, что сейчас через 10 лет надвинется катастрофа. Но мы должны действительно смотреть на тот урок на Венере, это экстремальный случай, который позволяет нам понять, что в некоторых условиях планета может свалиться в такую климатическую катастрофу. Конечно, не стоит пугать, что это случится с нами завтра. У земного климата очень много всяких балансирующих механизмов, которые позволяют демпфировать антропогенные воздействия. Но, тем не менее, надо быть очень внимательными. И именно это сравнение двух сестер позволяет по-новому взглянуть на климат на нашей планете.

Ольга Орлова: Какие ожидания у вас связаны с проектом «Venera-D»?

Дмитрий Титов: Мы сейчас только в самом начале работы в этом проектеа. Как раз только что было совещание, которое собрало российских и зарубежных специалистов, чтобы сформулировать, какие задачи в исследовании Венеры остаются открытыми работы «Венеры Экспресса» или японского аппарата, который ожидаем у Венеры через год приблизительно. Этих вопросов очень много просто потому, что предыдущие аппараты, скажем, имели направленность дистанционного зондирования. В этом есть свой плюс, потому что вы получаете глобальный вид вашей всей системы. В этом есть и минус, поскольку вы наблюдаете со стороны и не имеете возможности пощупать вещество. Я считаю, что главная задача, это все говорят - не только в России, но и все научное сообщество, все планетные ученые так считают. Гглавная задача будущих миссий - это опустить на поверхность спускаемые аппараты, пустить в атмосферу баллоны и пощупать вещество планеты, что называется, контактными методами, то есть провести точный химический анализ, точный изотропный анализ.

Ольга Орлова: А планируется ли взять для изучения грунт с Венеры?

Дмитрий Титов: Ззабор грунта стоит в программе, он обязательно нужен. Благодаря успешной советской программе в 70-80 годах было несколько спускаемых аппаратов и даже два баллона летало в атмосфере Венеры. Но сейчас, спустя 20 лет, мы имеем гораздо большие возможности. Химический анализ может сейчас производится с гораздой большей точностью, анализ грунта может производиться гораздо лучше, плюс сейчас мы имеем более полное понимание, куда нам садиться на Венеру, если раньше это были посадки вслепую, то сейчас есть картирование Магеллана, есть карты, поставляемые «Венерой Экспресс». Мы можем определять место посадки, и мы знаем интересных мест, это, видимо, остатки старых гор, где в принципе мы можем найти другие условия, чем по всей планете. Постановка задач для «Венеры-Д» находятся сейчас на другом уровне, нежели это было в 70 годах, когда проектировались наши советские аппараты. И это, по-видимому, будет главной миссией «Венеры Д». Очень бы хотелось, чтобы Россия смогла снова привнести в эти исследования существенный вклад, потому что до сих пор, к сожалению, это было не так. Я имею в виду последние 15-20 лет.