Венера – не двойник Земли? Ученые разрушили главную космическую теорию

По наиболее распространенной версии, в далеком прошлом климат Венеры мог напоминать земной, а нынешние экстремальные условия стали следствием мощного парникового эффекта.

Однако, как сообщил журнал Naked Science, новое моделирование показало: перегретая кора планеты даже вместе с вулканической активностью не могла выбросить в атмосферу столько углекислого газа, сколько там наблюдается сегодня.

Исследователи из Кембриджского университета предположили, как Венера могла накопить такое количество диоксида углерода. Все подробности – в материале РЕН ТВ.

"Двойник Земли"

В 1982 году советский аппарат "Венера-13" смог передавать панораму поверхности планеты 127 минут, и это стало рекордом. Предыдущие станции выдерживали менее часа.

Проблема была не только в огромном давлении, достигающем 92 земных атмосфер. На Венере температура составляет плюс 460–470 градусов Цельсия, а при таком жаре даже титан теряет прочность.

Представление о том, что подобные условия стали результатом катастрофы "двойника Земли", оформилось в полноценную гипотезу в 1960-е годы. Научную форму ей придал астрофизик Карл Саган.

Он предполагал, что когда-то на Венере было много воды и существовал умеренный климат, но затем планету погубил парниковый эффект, вызванный ростом светимости Солнца: по мере эволюции звезда становилась все ярче.

Советские зонды действительно обнаружили в атмосфере Венеры следы водяного пара, но его там крайне мало. Основу атмосферы планеты – 96,5% – составляет углекислый газ.

Почему Венера – не бывшая Земля

Недавно исследователи из Кембриджского университета попытались выяснить, каким образом Венера могла накопить такое огромное количество диоксида углерода. В статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.org, ученые рассмотрели три возможных сценария.

Один из них предполагал, что Венера изначально была похожа на Землю. Авторы работы объяснили: в этом случае на Венере должен был действовать процесс, похожий на земной углеродный цикл. Вулканы выбрасывают углекислый газ, в насыщенной водой атмосфере часть его превращается в угольную кислоту и выпадает на поверхность. Там углерод взаимодействует с твердыми породами, переходит в кору в виде карбонатов и постепенно накапливается.

На Земле этот цикл продолжается благодаря тектонике плит. Плиты движутся, одна уходит под другую, их части погружаются в мантию и плавятся. В результате углерод из коры возвращается в глубокие недра планеты. Одновременно вулканы снова выбрасывают углекислый газ в атмосферу – так поддерживается круговорот.

Расчеты показали, что при таком процессе венерианская кора могла бы накопить объем углекислого газа, который при дегазации дал бы атмосферное давление примерно до 20 бар. Но реальная атмосфера Венеры давит на поверхность с силой около 92 бар.

Второй сценарий связывает развитие венерианской атмосферы исключительно с вулканизмом – миллиардами лет извержений. Но и здесь возникает проблема: далеко не вся магма выходит на поверхность.

Значительная ее часть застывает в недрах вместе с содержащимся в ней углеродом. Та доля, которая все же извергалась наружу за 4,6 миллиарда лет существования Венеры, могла обеспечить давление лишь около 25 бар.

Можно предположить, что в прошлом на Венере все же существовала активная тектоника, хотя сейчас ее нет. Тогда там мог действовать аналог углеродного цикла.

Теоретически это позволило бы создать нынешнюю плотную атмосферу, но только при крайне необычных условиях: мантия планеты должна была быть аномально насыщена углеродом, либо извержения должны были отличаться невероятной мощностью. Такие допущения делают вулканическую версию происхождения атмосферы Венеры сомнительной.

По сути, даже объединение двух сценариев не объясняет нынешний венерианский парник: карбонатная кора вместе с вулканами могла бы дать около 45 бар, что вдвое меньше наблюдаемого давления.

Наиболее убедительным оказался третий сценарий – дегазация первичного магматического океана в самом начале истории Венеры. Такой процесс действительно мог создать атмосферу с давлением в сотни бар. Позднее значительная часть газов должна была улетучиться в космос, а нынешняя атмосфера могла сохраниться как остаток того древнего процесса с некоторым вкладом вулканизма.

Раскрыта тайна облаков Венеры

Ранее ученые Токийского университета разгадали тайну гигантской аномалии в облаках Венеры, которая годами оставалась необъяснимой. Работа исследователей была опубликована в в Journal of Geophysical Research.

Речь идет о гигантском облачном возмущении на второй планете от Солнца. Это необычное явление представляет собой волновой фронт шириной около 6000 километров, который огибает Венеру всего за несколько земных дней. Ученые считают, что такие процессы могут иметь значение и для будущих космических миссий.

Впервые эту огромную атмосферную волну в 2016 году заметил японский орбитальный аппарат Akatsuki. Она двигалась вдоль экватора планеты с колоссальной скоростью. Спустя годы команда Токийского университета смогла объяснить природу этой особенности.

Венера вращается очень медленно: ее сутки даже длиннее, чем 243-дневный оборот вокруг Солнца. Однако облака планеты движутся в 60 раз быстрее ее вращения. Это явление известно как суперротация. Подобные процессы также наблюдаются на Марсе, Солнце и в верхних слоях земной атмосферы, где ветры могут достигать огромных скоростей.

Ведущий автор исследования профессор Такеши Имамура из Высшей школы пограничных наук Токийского университета отметил, что ученые давно знали об этом явлении, но годами не могли его объяснить. Теперь исследователи пришли к выводу, что облачное возмущение вызвано крупнейшим из известных гидравлических скачков в Солнечной системе.

Атмосфера Венеры горячая, плотная и токсичная. Почти на 97% она состоит из углекислого газа, а планету постоянно укрывают облака, из которых выпадают дожди из серной кислоты.

Для человека такая среда смертельна, но для ученых Венера становится уникальной природной лабораторией. Благодаря экстремальной плотности облаков погодные процессы там заметнее, чем на Земле.

По данным исследователей, странное образование в атмосфере Венеры возникло из-за резкого замедления потока – гидравлического скачка. Он появляется, когда крупная атмосферная волна Кельвина, движущаяся на восток, становится нестабильной в нижнем и среднем слоях облаков.

Резкое торможение волны создает восходящий поток. Он поднимает пары серной кислоты в верхние слои атмосферы, где они конденсируются в облака. Когда облака вытягиваются вслед за этим потоком, формируется огромный волновой фронт, который зафиксировал аппарат Akatsuki.

Имамура пояснил, что на Венере существуют три слоя облаков, а динамика нижнего и среднего до сих пор изучена недостаточно. Поэтому обнаружение гидравлического скачка, который связывает масштабный горизонтальный процесс с мощной локальной вертикальной волной, стало неожиданностью: в гидродинамике такие явления обычно не связаны.

Для работы японские ученые использовали гидродинамическую модель, чтобы воспроизвести гидравлический скачок на Венере. Дополнительно они применили микрофизическую боксовую модель, позволяющую отслеживать движение воздуха через атмосферу. В результате исследователи определили, как облачное возмущение поддерживает суперротацию венерианской атмосферы.

По словам Имамуры, раньше для Венеры применяли модель общей циркуляции, похожую на земную. Но она не учитывала гидравлический скачок, который теперь удалось выявить.

Следующим этапом станет проверка открытия в более сложной климатической модели, включающей другие атмосферные процессы. Ученый отметил, что для таких расчетов потребуется огромная вычислительная мощность, и даже современные суперкомпьютеры не делают эту задачу простой.

Это первый гидравлический скачок, обнаруженный на другой планете. Однако исследователи допускают, что подобные процессы могут существовать и в других местах. При определенных условиях, как отметил Имамура, атмосфера Марса тоже может подходить для возникновения гидравлического скачка.

По мере подготовки человечества к дальним космическим полетам, включая будущие пилотируемые миссии на Марс, точные модели внеземной погоды становятся все важнее. Понимание атмосферных процессов на других планетах напрямую связано с безопасностью будущих экспедиций.