Побывавшая на совместном с NASA семинаре в Институте космических исследований РАН, посвященном выбору места посадки миссии "Венера-Д", Татьяна Пичугина в материале для РИА Новости выяснила, какой была эта планета сразу после формирования Солнечной системы.
Венера как экзопланета
Как зародилась жизнь в Солнечной системе и есть ли она где-то еще во Вселенной? Сейчас это один из самых горячих вопросов астрономии. Ученые ищут небесные тела, подобные Земле, где могут быть следы жидкой воды. Между тем рядом находится планета, очень похожая по размеру и массе на нашу, — Венера.
Считается, что Земля и Венера сформировались в одном регионе протопланетного диска, из одинакового материала, но затем развитие их пошло разными путями.
Земля укутана атмосферой, которая содержит почти 20 процентов кислорода, умеренный парниковый эффект и наличие океанов делают условия на поверхности комфортными для расцвета жизни. Венеру окружает оболочка из углекислого газа, на поверхности — почти пятьсот градусов Цельсия из-за гиганского парникового эффекта и давление в 92 атмосферы.
К удивлению ученых, выяснилось, что условия на пятидесяти экзопланетах, сопоставимых размерами с Землей, должны быть больше похожи на венерианские.
Венера немного не попадает в границы зоны обитаемости — так называют орбиты, где излучение звезды не столь сильно, чтобы уничтожить жидкую воду. Она получает больше энергии от Солнца, чем получает от своей звезды, красного карлика, одна из самых перспективных экзопланет для поиска следов жизни — TRAPPIST-1d, расположенная на границе зоны обитаемости.
Поскольку в обозримом будущем сведения об условиях на экзопланетах напрямую мы не получим (все данные будут либо косвенными, либо добытыми дистанционно), то Венера — наилучший вариант для изучения эволюции планет и условий их обитаемости.
Как отметил Майкл Уэй (Michael Way) из Годдаровского института космических исследований NASA, Венера очень важна для астробиологических исследований. В этом отношении среди ученых наблюдается консенсус. Нужно понять, как образовалась ее атмосфера, какова история поверхности, какие были температурные условия в прошлом.
Все вопросы об обитаемости Венеры упираются в вопрос о существовании на ней жидкой воды. Косвенно об такой возможности свидетельствует необычное соотношение содержания дейтерия и водорода, во много раз больше земного, обнаруженное впервые американским зондом "Пионер" в 1978 году и подтвержденное европейским аппаратом "Венера-Экспресс". Это можно объяснить, если на планете в прошлом были очень большие океаны, но они испарилась, и легкий водород покинул атмосферу в результате диссоциации молекул воды.
Когда испарились океаны и по какой причине? Ответы на эти вопросы может дать только будущая миссия на Венеру, которая соберет информацию о летучих элементах в атмосфере и на поверхности, полагает Уэй.
Слишком кисло
Аппараты "Венера", "Пионер" и "Вега" показали, что в атмосфере Венеры есть три облачных слоя, насыщенных серной кислотой. Верхний хорошо наблюдаем с Земли дистанционными методами, в том числе в ультрафиолетовом диапазоне, по сути, в лучах Солнца. Под ним расположены средний и нижний слои, которые непосредственно не видны из-за того, что верхний слой непрозрачен.
"Какая субстанция, кроме SO2, поглощает солнечное излучение в атмосфере Венеры? Газ, твердые частицы или что-то еще?" — задается вопросом планетолог Санджай Лимайе (Sanjay Limaye) из Висконсинского университета в Мэдисоне (США).
Есть два предположения: химический дисбаланс в атмосфере и микроорганизмы в облаках. Если бы удалось найти там метан, это стало бы сильным сигналом в пользу второй версии. На Земле этот газ в большинстве своем биогенного происхождения.
Множество видов микроорганизмов на Земле питается вместо кислорода соединениями серы. Если такие бактерии были на борту советских и американских зондов, побывавших в атмосфере Венеры, они могли бы приспособиться к жизни в ее серных облаках, полагает Лимайе.
О параметрах облачных слоев Венеры рассказал доктор биологических наук Олег Коцюрбенко из Югорского государственного университета. В отличие от раскаленной поверхности, температура в атмосфере невысокая. На высоте пятидесяти километров она всего 50 градусов Цельсия — вполне приемлемая для обитания микробов земного типа. Давление там — две атмосферы и менее. В таких условиях находятся термофильные, кислотолюбивые (ацидофильные) бактерии, привычные обитатели горячих источников, сольфатар в кратерах вулканов, дна моря.
Они могли бы выжить в венерианских облаках и создать самоподдерживающиеся сообщества, говорит Коцюрбенко. Единственная проблема: pH среды 0,3 — слишком низкий для земных организмов.
Молодая Венера как колыбель жизни
В доспутниковую эру естествоиспытатели думали, что Венера похожа на Землю, что там кислородная атмосфера, облака из водяного пара. Дэвид Гринспун (David Grinspoon) вспоминает о разочаровании, постигшем ученых в 1967 году, когда зонд "Маринер" передал информацию о газовой оболочке планеты. Стало очевидно, что она абсолютно непригодна для жизни.
В 1997 году ученый сдал в издательство рукопись книги "Venus revealed" ("Раскрытая Венера"), где высказался о возможности существования в серных облаках ацидофильных бактерий. Они питаются энергией химических или фотореакций, поддерживаемых за счет вулканизма.
Неизвестный поглотитель ультрафиолета — это возможно, фотосинтетический пигмент, продукт их метаболизма, предположил Гринспун.
Размножаются микробы с помощью спор, которые могут переживать самые жесткие условия и служить затравкой для образования аэрозольных частиц серной кислоты. Они влияют на отражательные и излучательные свойства облаков, а возможно, даже на их динамику.
Такие идеи показались редактору слишком спекулятивными, подрывающими доверие к книге в целом, и он попросил их удалить, но автор отказался.
Гринспун считает, что облака на Венере гораздо протяженнее и стабильнее, чем на Земле, частицы аэрозоля в них существуют месяцами и не падают вниз. В верхнем слое образуются частицы субмикронного размера и чуть более крупные — их относят к модам 1 и 2. Самые крупные капли, так называемая аэрозольная мода 3, находятся в нижнем слое, их диаметр достигает семи микрометров.
В верхнем слое присутствуют частицы, неизвестной природы, поглощающие почти половину тепла, получаемого планетой от Солнца. Возможно, это соединения серы или хлора, но пока ни один кандидат не подходит под наблюдаемый спектр. Кроме того, поглощательная способность слоя сильно меняется во времени и пространстве. Все это ждет своего объяснения, и гипотеза о микроорганизмах существует наравне с другими.
На ранней Венере миллиарды лет назад условия могли быть даже более благоприятными, чем на Земле. Может быть, эта планета первой стала обитаемой?
"Когда Венера потеряла воду?" — это ключевой вопрос, по мнению Гринспуна.
Он рисует такую картину. Пока недра планеты были активны, там существовал расплавленный океан магмы, на поверхности вулканы изливали лаву, была вода, пары ее формировали водно-кислородную атмосферу.
На ранних стадиях Венера, Земля и Марс могли обмениваться материалом, в том числе биологическим. А когда примерно три или два с половиной миллиарда лет назад Венера начала терять воду, ее обитатели приспособились к жизни в серных облаках.
"Первые два миллиарда лет у Земли могло быть два соседа с океанами на поверхности и жизнью", — предполагает ученый.