Забытая планета. Станут ли наши потомки небожителями Венеры?

Время чтения: 15 минут

В прошлом году NASA объявила результаты очередного отбора по программе Discovery. В ее рамках аэрокосмическая администрация рассматривает концепты специализированных миссий, предназначенных для исследований Солнечной системы. Проекты, проходящие все этапы отбора, получают необходимое для их реализации финансирование.

В этот раз победа досталась «астероидному лобби». NASA согласилась профинансировать миссии Lucy и Psyche, целями которых станут малые тела Солнечной системы. В тени этого «праздника» почти незамеченным осталось разочарование другой группы ученых. Дело в том, что два из пяти проектов-претендентов предполагали отправку исследовательских аппаратов к Венере. Многие планетологи надеялись, что уж в этот раз агентство точно расщедрится на финансирование первой с 1989 г. американской экспедиции к ближайшей планете.

Увы, но их надежды снова оказались напрасны. Руководство NASA и далее предпочитает делать вид, что Венере нет места в космической повестке – несмотря на то, что этот мир по-прежнему скрывает немало тайн, разгадка которых может приблизить нас к пониманию того, какое будущее ожидает нашу планету.

Сравнительные размеры планет земной группы / Фото: NASA
От планеты-загадки к забытой планете

Венера не всегда находилась на задворках космических исследований. В середине XX века «Утренняя звезда» считалась самой загадочной планетой Солнечной системы. Научное сообщество практически ничего не знало о ней, кроме того, что по своему размеру и массе она напоминает Землю. Догадки по поводу того, что же скрывается под густым облачным покровом, простирались от теории скованного вечными льдами мира до планеты, покрытой глобальным нефтяным океаном. У фантастов той эпохи была собственная Венера: они описывали ее как доисторическую версию Земли. Многочисленные авторы рисовали поражающие воображение картины жаркого, болотистого мира, населенного всякими экзотическими существами.

К сожалению, уже первые автоматические аппараты не оставили камня на камне от этих картин. Оказалось, что давление у поверхности планеты достигает чудовищного значения в 92 атмосферы, а средняя температура составляет около 460°С – это даже больше, чем на дневной стороне Меркурия. При такой температуре плавятся свинец и цинк. Буквально в одночасье Венера трансформировалась из мира, где многие надеялись найти жизнь, в наиболее негостеприимный уголок Солнечной системы.

Последующие космические миссии существенно расширили наши знания об этом странном небесном теле. Запущенные по программе «Венера» советские станции сумели пробиться сквозь газовую оболочку планеты и передали фотографии ее пустынных ландшафтов. Аппараты «Вега» сбросили в венерианскую атмосферу первые в истории стратостаты, а оснащенные радарами зонды Pioneer Venus, «Венера-15», «Венера-16» и Magellan помогли составить глобальную топографическую карту поверхности.

Однако позже интерес к Венере существенно угас. За последние четверть века к ней было запущено лишь две межпланетных миссии: европейская Venus Express, проработавшая на околовенерианской орбите с 2006 по 2015 г., и японская «Акацуки», в данный момент являющаяся единственным аппаратом, продолжающим изучение планеты.

Что же касается NASA, то эта организация взяла длительную паузу. Согласно популярному мнению, нежелание агентства добиваться финансирования нового венерианского проекта во многом связано со сложностями его «раскрутки». Дело в том, что в эпоху интернета и соцсетей фактор «зрелищности» начал играть важную роль в том, получит ли космическая миссия зеленый свет. Поэтому американцам намного проще попросить денег на новый марсоход, чем на тот же спускаемый аппарат для Венеры. Марсианский ровер прослужит много лет, регулярно передавая новые фотографии, которые можно будет публиковать в качестве наглядной демонстрации космических успехов США. Венерианский же посадочный зонд, скорее всего, проработает лишь несколько часов и вряд ли получит особо впечатляющие изображения.

Неразгаданные тайны «Утренней звезды»

Несмотря на то, что сейчас мы знаем об «Утренней звезде» намного больше, чем 50 лет назад, она по-прежнему таит множество загадок. Главная из них – почему Венера так разительно отличается от Земли? Если по основным физическим характеристикам обе планеты можно назвать сестрами, то во всем остальном это совершенно разные миры.

Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 24 часа. Венере же на это нужно 243 дня, причем она вращается ретроградно, то есть в направлении, противоположном направлению вращения большинства тел Солнечной системы (и обращения больших планет вокруг Солнца). Вдобавок она является одной из двух известных нам планет, не имеющих естественных спутников.

Многие астрономы склонны связывать два этих факта. Существует предположение, что на заре эволюции Солнечной системы Венера пережила мощное столкновение, в буквальном смысле «закрутившее» ее в обратном направлении. Если у нее имелись спутники, то после такого катаклизма они начали постепенно приближаться к планете и, в конце концов, упали на ее поверхность. Подобная катастрофа могла привести к остановке конвекции в венерианском ядре и его постепенному затвердеванию. Из-за этого «Утренняя звезда» лишилась глобального магнитного поля.

К сожалению, пока мы можем судить об очертаниях древних венерианских континентов весьма приблизительно, исследуя их остатки в виде обширных гранитных массивов. Примерно полмиллиарда лет назад рельеф планеты был полностью «стёрт» мощными глобальными извержениями

Некоторые ученые выдвигают более экзотические догадки. Согласно одной из недавно опубликованных гипотез, некогда спутником Венеры мог быть… Марс. По этой версии изначально оба тела являлись двойной планетой. Однако постепенно накапливавшиеся гравитационные возмущения привели к тому, что меньший из ее компонентов отправился в «свободное плавание» по Солнечной системе, в конце концов заняв современную марсианскую орбиту. Более крупный же, наоборот, приблизился к светилу. Вызванные этим переходом эффекты теоретически могли бы объяснить нынешнее аномальное вращение «Утренней звезды». Также эта гипотеза дает ответ на вопрос, каким образом древний Марс мог поддерживать гидросферу в те далекие времена, когда светимость Солнца была на 30% меньше, чем сейчас.

Еще одна загадка второй планеты связана с ее рельефом: она обладает на удивление сглаженной поверхностью с относительно небольшим по земным меркам перепадом высот (на ней имеются достаточно высокие пики, но, в отличие от Земли, их число невелико). Основываясь на количестве кратеров, планетологи оценивают ее возраст примерно в 300-500 млн лет. Считается, что в то время Венера пережила некое катастрофическое событие, в результате которого ее практически полностью покрыла жидкая лава, стерев все следы старого рельефа. По одной из версий, подобным образом планета избавляется от излишков тепла, накапливающегося в ее недрах. Поскольку там отсутствует тектоника плит, характерная для Земли, сброс тепла осуществляется посредством глобальных вулканических извержений. Не исключено, что этот процесс является цикличным.

Пока что это – лишь предположения. На данный момент ученые не имеют непосредственной информации о внутреннем строении Венеры. Чтобы ее получить, необходимо посадить на венерианскую поверхность специальный зонд с сейсмометром, аналогичный аппарату InSight.

Однако самый главный вопрос, ответ на который хотели бы узнать планетологи – какой была Венера в далеком прошлом, вскоре после формирования Солнечной системы, когда Солнце светило слабее, чем сейчас, и климат планеты теоретически мог быть намного благоприятнее. Имела ли она океан, где могла зародиться жизнь? Или же она всегда оставалась мертвым миром?

В 2016 г. ученые из Института космических исследований NASA им. Годдарда (Goddard Institute for Space Studies, New York, USA) опубликовали результаты компьютерного моделирования климата древней Венеры. Они попытались воспроизвести несколько возможных сценариев, в которых планета была покрыта неглубоким океаном с объемом около 10% земного.

В сценарии, в котором Венера обладала нынешней топографией, а период ее вращения равнялся 16 дням, средняя температура планеты 2,9 млрд лет назад составляла 56°С. Хоть это и значительно меньше, чем сейчас, но такие условия все же не назовешь слишком комфортными.

Подставив в модель современное значение периода вращения планеты, ученые получили еще более интригующие результаты. При условии наличия неглубокого океана и нынешнего рельефа 2,9 млрд лет назад ее средняя температура равнялась бы 11°С. Для сравнения: средняя температура Земли в наши дни составляет 15°С. Моделирование показало, что из-за медленного вращения нагрев гипотетического океана Венеры на дневной стороне должен был приводить к образованию плотного слоя облаков, подобно зонтику, защищавшего ее от избытка солнечного излучения.

По мере увеличения светимости Солнца Венера должна была постепенно разогреваться. Даже в этом случае еще 715 млн лет назад она могла оставаться пригодной для жизни, но в какой-то момент все же прошла «точку невозврата». Усиливающийся парниковый эффект запустил процесс выделения углекислого газа из горных пород, что привело к радикальному росту температуры и давления. В результате венерианский океан полностью испарился. Под действием ультрафиолетового излучения нашего светила молекулы воды начали распадаться на кислород и водород, а поскольку магнитное поле планеты к тому времени полностью исчезло (если оно вообще когда-то существовало), солнечный ветер начал активно «выдувать» атомы этих газов из атмосферы в космос. Аппарат Venus Express нашел косвенное подтверждение этой теории, обнаружив у Венеры протяженный «водородный хвост».

Подобные климатические модели являются во многом умозрительными. Но они несут нам больше информации, чем кажется: заглядывая в прошлое «Утренней звезды», мы можем увидеть путь, который суждено пройти нашей планете. В далеком будущем Земля, по всей вероятности, станет аналогом нынешней Венеры. Увеличение интенсивности солнечного излучения настолько поднимет температуру ее поверхности, что это сделает невозможным дальнейшее существование жизни в нынешнем виде. Некоторые ученые и вовсе высказывают опасения, что спровоцированное человеком глобальное потепление может привести к схожим катастрофическим последствиям уже в самое ближайшее время.

Конечно, все это лишь теоретические рассуждения. Пока нам не хватает данных, чтобы сделать определенные выводы о том, каким в действительности был климат древней Венеры. Но если допустить, что в далеком прошлом условия на ее поверхности были схожи с земными, то возникает еще один вопрос: если на планете успела появиться жизнь – может ли она существовать там и сейчас?

На первый взгляд предположение о возможности жизни на современной Венере кажется лишенным смысла. Ни одно известное науке живое существо не способно продержаться на ее поверхности и нескольких секунд. Но не стоит забывать, что процесс разогрева Венеры не был одномоментным. Скорее всего, он растянулся на многие миллионы лет, что дало бы местным организмам достаточно времени для адаптации к происходившим изменениям.

Несколько лет назад значительный резонанс в СМИ вызвало заявление главного научного сотрудника Института космических исследований РАН Леонида Ксанфомалити о том, что советские посадочные аппараты серии «Венера» сфотографировали на поверхности планеты некие объекты, напоминающие «живых существ». Большинство ученых отнеслось к публикации скептически. Скорее всего, «существа» на самом деле представляют собой комбинацию из артефактов изображений и, возможно, сброшенных крышек от камер самих «Венер».

Более перспективной кажется гипотеза, согласно которой микробная жизнь могла перебраться в более комфортные верхние слои атмосферы. Межпланетные зонды нашли в газовой оболочке Венеры следы сероводорода H2S, сернистого газа SO2 карбонилсульфида COS и хлора. При определенных обстоятельствах эти вещества могут рассматриваться в качестве потенциальных биомаркеров.

Также ученые давно обратили внимание на необычные темные пятна и узоры, наблюдаемые на ультрафиолетовых снимках венерианского облачного покрова. Их происхождение все еще остается предметом дискуссий. Возможно, они объясняются присутствием в облаках Венеры соединений серы и железа. Но есть и другая версия. Ее сторонники считают, что это – огромные колонии бактерий, использующих ультрафиолетовое излучение Солнца в качестве источника энергии. Согласно результатам одного исследования, облака соседней планеты потенциально смогли бы поддержать существование биомассы объемом свыше миллиарда тонн.

Проекты будущих миссий

Раскрыть многочисленные тайны Венеры смогут лишь новые автоматические разведчики. К сожалению, список официально утвержденных миссий ко второй планете Солнечной системы пока невелик. В ближайшие годы ряд ее пролетов выполнят зонды Parker Solar Probe, BepiColombo и Solar Orbiter. Но эти аппараты не предназначены для ее изучения – они просто воспользуются гравитацией «Утренней звезды» для изменения своих орбит.

Что же касается специализированных миссий, то тут все намного сложнее. За последние годы американские планетологи разработали целый ряд проектов новых венерианских зондов. Одним из наиболее проработанных концептов являлся космический аппарат VISE (Venus In Situ Explorer), состоящий из спускаемого модуля и аэростата для изучения атмосферы планеты. Этот проект участвовал в отборе по программе New Frontiers, но так и не смог получить необходимую поддержку, а потому не был выбран для реализации.

В рамках уже упомянутой программы Discovery ученые предложили NASA проекты двух других венерианских миссий: DAVINCI (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) и VERITAS (Venus Emissivity, Radio science, InSAR, Topography, and Spectroscopy). Первая из них предполагала высадку на Венеру зонда, предназначенного для изучения атмосферы. Второй проект предусматривал вывод на орбиту вокруг планеты спутника для картографирования поверхности и регистрации вулканической активности. Эти проекты также не получили необходимого финансирования.

Ещё один проект летательного аппарата для исследований Венеры, разрабатываемый в рамках концепции Lifting entry / atmospheric flight (LEAF). Мини-самолёт, построенный по схеме «летающее крыло», сможет парить над облаками планеты на протяжении земного года / Фото: Northrop Grumman

«В запасе» у NASA имеется еще немало интересных концептов венерианских миссий. Например, VAMP (Venus Atmospheric Maneuverable Platform) – под этим обозначением скрывается проект разработанного компанией Northrop Grumman самолета на солнечных батареях, предназначенного для исследований верхних слоев атмосферы Венеры.

Куда более экзотическую концепцию разработали сотрудники Лаборатории реактивного движения (JPL NASA). Они предложили высадить на планету механический венероход AREE (Automation Rover for Extreme Environment), в конструкции которого не используются электронные компоненты. По замыслу инженеров, ровер должен получать энергию с помощью воздушной турбины, приводящей в движение гусеницы. Для обхода препятствий предлагается использовать систему, состоящую из бампера, шестеренок с переключениями передач и эксцентрика. Мобильную лабораторию оснастят простейшими инструментами, способными измерять скорость ветра, температуру и давление. Трансляцию собранных данных собираются осуществлять с помощью механического радарного отражателя, имеющего возможность передавать сигналы в формате азбуки Морзе.

Пока что все эти проекты так и остаются на бумаге по причине отсутствия необходимого финансирования. Поэтому американской аэрокосмической администрации приходится рассматривать варианты сотрудничества с космическими ведомствами других стран. В настоящее время специалисты NASA изучают возможность участия в российском проекте «Венера-Д». Он предполагает посадку на планету долгоживущего спускаемого аппарата (отсюда буква «Д» в обозначении), который сможет осуществить программу комплексных исследований ее поверхности.

Очевидно, что в нынешней ситуации «Роскосмос» не способен реализовать такой проект самостоятельно. Поэтому организация совместной миссии с разделением расходов может оказаться удачным выходом как для него, так и для NASA. Но даже если стороны договорятся о сотрудничестве и в дело не вмешается политика, запуска зонда все равно не стоит ожидать раньше 2025 г.

Возможный вид автономного ровера для экстремальной среды (Automation Rover for Extreme Environments — AREE), создаваемого для исследования Венеры по образцу механических компьютеров / Фото: NASA / JPL-Caltech

Определенные планы по изучению Венеры имеются и у азиатских держав. На протяжении последних нескольких лет Индийская организация космических исследований (ISRO) занималась разработкой венерианской миссии. В ее рамках планируется отправить к «Утренней звезде» орбитальный аппарат, на котором будет размещено 12 научных инструментов общим весом в 100 кг, в том числе радар, ультрафиолетовый спектрометр, инфракрасная камера, фотометр, масс-спектрометр, приборы для изучения ионосферы и параметров солнечного ветра. Также рассматривается возможность включить в состав миссии стратостат для исследования верхних слоев атмосферы планеты.

Запуск индийской миссии к Венере запланирован на середину 2023 г. ISRO обратилась с предложением о сотрудничестве ко всем заинтересованным космическим агентствам. На него уже откликнулся Национальный центр космических исследований Франции (CNES). Недавно оба ведомства заключили соответствующее соглашение о кооперации.

В этом контексте, конечно, нельзя не упомянуть и Китай, который в 2016 г. представил публике макет орбитального аппарата, предназначенного для изучения венерианской атмосферы. Однако ввиду большого количества космических проектов, реализуемых КНР в настоящее время, китайская миссия к Венере, по всей видимости, состоится еще не скоро. Ориентировочно ее запуск станет возможным не раньше середины следующего десятилетия.

«Летающие города» Венеры

Как бы долго ни продолжался спад интереса к Венере, со временем к ней все же отправятся новые исследовательские зонды. Возможно, им удастся обнаружить доказательства того, что в прошлом «Утренняя звезда» была водным миром, или даже найти следы жизни. В связи с этим возникает вопрос – возможна ли пилотируемая экспедиция на ближайшую планету?

На нынешнем уровне развития венерианская поверхность для людей недосягаема. Человечество пока не располагает технологиями, которые бы позволили создать космический корабль, способный сесть на Венеру, выдержать экстремальные условия на ее поверхности, а затем успешно взлететь.

Но, хоть люди и не могут высадиться на саму Венеру, они в состоянии покорить ее небо. Как ни парадоксально, но именно в атмосфере планеты можно найти участок (а точнее говоря – слой), где условия весьма напоминают земные. Он находится на высоте примерно 50-60 км от поверхности. Атмосферное давление на этой отметке близко к его значениям на уровне моря на Земле, а температура лежит в достаточно комфортном диапазоне от 0°С до 75°С. Можно вспомнить и про гравитацию, которая лишь на 10% меньше земной.

Кроме того, на Венере смесь азота и кислорода – то есть земной воздух – имеет «положительную плавучесть»: наполненная ими оболочка будет дрейфовать в атмосфере планеты, подобно гелиевому аэростату на Земле. Это открывает возможность создания летающих городов, которые смогли бы парить над раскаленной венерианской поверхностью, никогда не приближаясь к ней.

Проект HAVOC (High Altitude Venus Operational Concept), предусматривавший отправку 30-дневной пилотируемой экспедиции на летающую базу в атмосфере Венеры, разрабатывался инженерами NASA, но в настоящее время приостановлен. Одной из главных трудностей, которую так и не удалось преодолеть, стала посадка спускаемого аппарата на парящую платформу в условиях сильного ветра. Также пока не удалось удовлетворительно решить вопрос защиты экипажа и техники от коррозионного воздействия серной кислоты, входящей в состав венерианских облаков. Возможно, к этому проекту удастся вернуться на новом уровне развития технологий… / Фото: NASA

У подобных сооружений есть определенные преимущества по сравнению, скажем, с гипотетическим марсианским поселением. Во-первых, конструкторам «летающего города» не придется биться над решением проблемы его обогрева. Во-вторых, он сможет всегда дрейфовать над освещенной стороной планеты, что позволит использовать для получения энергии солнечные батареи. В-третьих, отпадает необходимость тщательной герметизации и дополнительного усиления конструкции модулей с целью противостояния их разрыву в условиях низкого внешнего давления, а в случае необходимости выйти наружу (например, для проведения ремонтных работ) экипажу не понадобятся громоздкие скафандры – достаточно и герметичных костюмов с кислородными масками. Главное – обеспечить их антикоррозионным покрытием для предохранения от воздействия капелек серной кислоты. Наконец, в-четвертых, плотная венерианская атмосфера сыграет роль щита, задерживающего большую часть опасного космического излучения.

Но было бы ошибкой утверждать, что летающее поселение станет идеальной площадкой для людей. У него имеется и ряд слабых мест. Такая колония в принципе не прощает ошибок. Ее обитателям придется жить с осознанием того, что любое серьезное повреждение оболочки комплекса, приводящее к его снижению, почти наверняка повлечет их гибель. То же самое касается и кораблей, которые будут доставлять на станцию новые экипажи.

Ввиду своей специфики «летающий город» будет отрезан от ресурсов поверхности планеты (и очевидно, что любой предмет, оказавшийся за бортом летающей колонии, будет навсегда потерян). Все, что нельзя извлечь из газовой оболочки Венеры, придется завозить с помощью кораблей снабжения. То же марсианское поселение может организовать добычу водяного льда, чтобы использовать его в качестве источника воды и ракетного топлива – водорода и кислорода. Венерианское атмосферное поселение лишено этой роскоши, а это значит, что оно в принципе никогда не сможет стать полностью самодостаточным. А плотная атмосфера и большая гравитация хоть и хороши с точки зрения условий жизни людей, но серьезно усложняют задачу сообщения со станцией. Чтобы взлететь с нее и достичь орбиты, придется истратить существенно больше топлива, чем при старте с поверхности Марса.

И все же идея создания летающего города на Венере выглядит слишком интригующей, чтобы инженеры забыли о ней. В 2015 г. сотрудники Научно-исследовательского центра Лэнгли (Langley Research Center, Hampton, Virginia, USA) опубликовали дорожную карту, цель которой – проложить путь к организации постоянного человеческого присутствия на «Утренней звезде». Она состоит из пяти фаз.

На первом этапе в атмосферу планеты доставят автоматический дирижабль, предназначенный для отработки технологий, которые будут использованы во время последующих пилотируемых экспедиций. На втором этапе на орбиту вокруг Венеры выйдет космический корабль с экипажем. Третий этап предполагает спуск в атмосферу дирижабля с двумя астронавтами. В течение 30 дней они будут изучать «Утреннюю звезду», после чего улетят оттуда при помощи небольшой ракеты, состыкуются с оставшимся на орбите кораблем и вернутся на Землю. Четвертый этап предполагает доставку в венерианскую атмосферу более крупного дирижабля, способного продолжать полет в течение года. Пятый этап – создание постоянного летающего поселения.

Конечно, все это – лишь видение на дальнюю перспективу. Чтобы реализовать подобные проекты, необходимы очень серьезные средства. А еще у человечества должен возродиться подлинный интерес к удивительному миру, который расположен не так уж далеко от нашей планеты и когда-то, возможно, был очень похож на нее, а сейчас стал ее полной противоположностью.


Источник: журнал «Вселенная, пространство, время»
№8-9 (168-169), 2018

Рейтинг читателей
[Всего: 1 Средний: 5]

Добавить комментарий

0
Web Design BangladeshWeb Design BangladeshMymensingh