Планета, на которой не выдерживает даже электроника. Что мы ищем на Венере?

«Венера — сложная для исследований планета, — объясняет Людмила Засова, заведующая лабораторией спектроскопии планетных атмосфер ИКИ РАН, соруководитель российско-американской Объединенной научной группы (ИКИ — "Роскосмос" — NASA) по разработке проекта "Венера-Д". — Плотный 20-километровый облачный слой из капель серной кислоты не позволяет наблюдать поверхность извне, при этом совершить посадку в "ад", где давление на поверхности 92 атмосферы (как в океане на глубине 1 км), а температура 480 °С, — задача очень сложная, поэтому к ней так мало миссий».

Венера активно изучалась в 1970–1980-х годах СССР и США — странами с самыми развитыми космическими отраслями. При этом 10 советских станций смогли проработать на поверхности от 1 до 2 часов, а США не ставили целью посадку на поверхность. Людмила Засова напомнила, что вплоть до первых космических полетов к этой планете в 60-х годах ХХ века считалось, что на планете есть жизнь: «Ходят динозавры, растут папоротники, разливаются озера нефти».

Дело в том, что хотя атмосфера Венеры была открыта Михаилом Ломоносовым в 1761 году, еще 200 лет после этого не было возможности наблюдать поверхность планеты из-за вышеупомянутого слоя облаков, расположенного на высоте от 50 до 70 км.

Интересно, что первые посадочные аппараты серии «Венера» даже были рассчитаны на посадку на воду (жидкость). «Венера-1» в 1961 году промахнулась мимо планеты, а все последующие были раздавлены в атмосфере Венеры еще при спуске — никто не догадывался о давлении. Только в 1970 году «Венере-7» удалось совершить первую мягкую посадку. Последующие полеты к соседней планете показали, что на поверхности температуры царит настоящий ад.

Искать жизнь в таких условиях предлагали только оптимисты, даже аппаратам приходилось нелегко. Тем не менее к Венере в ХХ веке отправили более двух десятков орбитальных зондов, посадочных аппаратов и даже аэростатов для изучения геологии, сейсмической активности и особенностей атмосферы Венеры. Большую часть проектов проводил СССР, который даже сделал фотографии Венеры, и ее называли в те времена «русской планетой».

А вот в ХХI веке внимание явно переключилось на Марс — к Венере отправились только орбитальные экспедиции Европейского космического агентства «Венера-Экспресс» (2005 год) и японская миссия «Акацуки» (2010 год, но вышла она на орбиту только в 2015 году), вскоре свой орбитальный аппарат планирует запустить Индийское космическое агентство.

Радарные исследования с орбиты позволяют изучать общие детали рельефа и движение ветров в верхнем слое облаков. Но с орбиты ее изучение очень ограничено: «Из-за плотного 20-километрового слоя облаков очень сложно изучать поверхность и подоблачную среду. Нужны прямые измерения в атмосфере и на поверхности», — объясняет Людмила Засова.

Научная группа по созданию концепции миссии «Венера-Д» работала в период с 2015 по 2018 год. Но финансовые вопросы не позволяли приступить к проектированию аппарата раньше. Лев Зеленый, научный руководитель ИКИ РАН, рассказал про 550 млн рублей, которые пойдут на начальную стадию проектирования, общую стоимость проекта оценили в 16-17 млрд рублей. Запуск миссии планируют на 2029 год — по меркам серьезных миссий это очень скоро. Что там искать?

Возможно, на выделение денег повлияла эйфория из-за открытия английскими учеными в облачном слое Венеры фосфина как раз там, где предполагается существование жизни. Этот газ, соединение фосфора и водорода, — биомаркер на Земле, то есть обычно он возникает как продукт жизнедеятельности анаэробных организмов. Жизнь на Венере? О, это сразу вывело бы планету в фавориты в борьбе с Марсом за внимание землян. Конечно, страна, которая первой сможет обнаружить инопланетную жизнь, платиновыми буквами впишет себя в историю науки. Сейчас сведения по фосфину в атмосфере Венеры не подтвердились, но это привлекло к планете внимание международного сообщества.

«Живые организмы на Земле находят везде, бактерии экстремофилы живут даже в жерлах вулканов, в верхней атмосфере, в коре и мантии Земли, в кислотных источниках. Но на поверхности Венеры мы не ожидаем найти жизнь, слишком агрессивные условия», — охлаждает энтузиазм мечтателей Людмила Засова. И тут же дает надежду: «А вот в облаках температура и давление близки к земным, есть углерод, сера, хлор, фосфор, а в каплях 75% серной кислоты есть молекулы воды — все необходимое для существования анаэробные бактерий. Более того, одна из загадок Венеры — поглощение атмосферой солнечного излучения в ультрафиолетовом диапазоне. Природа так называемого ультрафиолетового поглотителя неизвестна. Он находится в верхнем облачном слое, где условия близки к земным. Возможно, за это поглощение отвечают колонии бактерий — на Земле существуют классы микроорганизмов, которые имеют аналогичную полосу поглощения в спектре». Это только одна из гипотез, но какая вдохновляющая.

Поиск жизни — наиболее понятная научная цель для широкой аудитории. Но для ученых есть загадки и по планетологии. Например, почему Венера вращается вокруг своей оси в направлении, обратном своему вращению вокруг Солнца. Из планет Солнечной системы аналогичная ситуация только с Ураном. Но у Венеры еще этот период нестандартно большой — 243 земных суток, даже больше венерианского года: оборот вокруг Солнца соседняя планета делает за 224 земных суток. Также можно отметить суперротацию — атмосфера на верхней границе облаков (на высоте 70 км) вращается в 60 раз быстрее поверхности — период вращения около 4 суток, скорость ветра — около 350 км/ч.

Людмила Засова называет Венеру «климатической лабораторией». Венера очень похожа на Землю по размерам и массе. Она несколько ближе к Солнцу, но столь разительный контраст в температуре объясняется в первую очередь парниковым эффектом. Как Венера докатилась до такого адского состояния?

«Эта планета — действующая климатическая лаборатория для изучения эволюции климата, включая и земной», — рассказывает Людмила Засова. Почему планеты-сестры близкие по размерам, массе, сформировавшиеся из того же протопланетного материала, так разошлись в процессе эволюции? Комфортные условия для жизни на Земле, а на Венере — адский климат: горячая плотная атмосфера из углекислого газа и азота, с облаками из капель серной кислоты и с обилием сернистых газов? Для этого надо изучить процессы в атмосфере, на поверхности, внутреннее строение Венеры.

Людмила Засова рассказывает, что в первые 2 млрд лет существования (возраст Венеры около 4,5 млрд лет, как и у Земли) на ней могли быть океаны и зародиться жизнь. Но накапливавшееся в недрах тепло сбрасывалась вулканическими извержениями, потому что у Венеры нет тектоники плит. Вулканы выбрасывали в атмосферу углекислый газ, пыль и оксиды серы и помогли сформировать атмосферу, которая обладала парниковым эффектом.

Как и у Марса, у Венеры нет собственного магнитного поля, которое, например, защищает Землю от смертоносных космических лучей и солнечного ветра. Солнечный ветер сдул с Марса большую часть атмосферы, а Венеру лишил воды (сейчас ее в сто тысяч раз меньше, чем на Земле). Но не сдул углекислый газ — притяжение Венеры почти в 2,5 раза выше, чем у Марса, и близко к земному.

На Земле углерод связан в карбонатах в океане и в вечной мерзлоте, а на Венере — в атмосфере в виде углекислого газа, который делает вклад в парниковый эффект. Опасность глобального потепления на Земле возникает из-за роста температур и испарения океанов, таяния вечной мерзлоты; углерод выделяется в атмосферу, поскольку человек использует его источники, а это приводит к разгону неконтролируемого парникового эффекта.

Из-за гигантских извержений, которые происходили где-то 0,5—1 миллиард лет назад, базальтовой лавой было залито 85% поверхности Венеры. Эту картину и увидели на панорамах Венеры, переданных с поверхности советскими аппаратами «Венера-9», 10, 13, и 14 около полувека назад. Но если на Венере была жизнь, надежда найти ее следы осталась — на тессерах, каменистых возвышенностях.

«Для человечества Венера — самая важная планета в Солнечной системе. Она представляет особый интерес в связи с проблемой глобального потепления и изменения климата Земли», — считает Людмила Засова. Она уверена, что изучение Венеры поможет понять понять, не движется ли наш климат постепенно в сторону венерианского, а также роль человеческой фактора в изменении климата.

Кроме того, множество открываемых экзопланет (планеты вне Солнечной системы) оказываются похожими на Венеру, но из-за гигантских расстояний они пока недоступны для подробного изучения. Получается, что мы можем изучать типичного представителя экзопланет рядом с нами.

«Объединенной научной группой ИКИ-Роскосмос-NASA по проекту Венера-Д» в 2016–2019 годах была сформулирована концепция российской миссии «Венера-Д» с участием NASA. Российская часть — базовая миссия, которая включает орбитальный и большой посадочный аппараты. Людмила Засова отмечает, что при создании новых устройств используют советский опыт: 10 вышеупомянутых аппаратов, проработавших на поверхности Венеры 1-2 часа, создавались в НПО им. С. А. Лавочкина, входящем сейчас в госкорпорацию «Роскосмос». Новый аппарат будет рассчитан на такое же время работы, но будет снабжен уже самой современной научной аппаратурой, например, будут установлены панорамные и посадочные камеры, а также камеры с высоким разрешением съемки — до долей миллиметра. С поверхности возьмут пробы грунта, затянут внутрь аппарата и там проведут их анализ. Все данные передадут на Землю через орбитальный аппарат, что позволит повысить объем пересылаемых данных. Посадочный зонд — основной элемент миссии. Орбитальный зонд будет исследовать Венеру не менее десяти лет.

Так как измерения в подоблачной атмосфере и на поверхности исключительно важны для изучения Венеры, но не проводились уже почти 40 лет, в состав комплекса «Венера-Д» кроме большого российского посадочного аппарата предполагается включение высокотехнологичных модулей NASA: два типа малых долгоживущих станций, которые смогут проработать в венерианских условиях 60 и 120 суток (венерианские сутки длятся 117 земных суток). Это относительно простые станции, зато они могут работать при температуре 500 °С без термоизоляции. Их задача — изучение колебаний температуры и давления, ветров и сейсмики. Также NASA предполагает создать атмосферный зонд с переменной высотой плавания в облачном слое от 52 до 62 км — именно на этих высотах условия близки к земным, поэтому на аэростате будут установлены приборы с целью поиска жизни. Людмила Засова рассказала, что в 2020 году американские коллеги сообщили о завершении испытаний элементов 60-дневных станций в камерах с условиями, близкими к венерианским.

Инструменты миссии позволят изучить внутреннее строение, состав и геологию поверхности Венеры, ее сейсмическую активность и вулканические процессы. В атмосфере интересны перераспределение энергии, динамика и состав, причина парникового эффекта, а также природа «неизвестного» УФ-поглотителя.

Пуск в 2029 году кажется далеким событием, но все сложные космические проекты требуют многолетней подготовки. Мы не можем ожидать таких же впечатляющих изображений раскаленной поверхности, где плавятся металлы, как с холодного Марса. Но ведь речь идет об очень странной планете, которая скрывает свою поверхность под непрозрачным облачным слоем.

На планетах, к которым рвется человечество, даже электроника не выдерживает. И тем не менее мы стремимся найти там следы существующей или прошлой жизни, чтобы наконец понять: наша жизнь на планете Земля — это невероятно счастливая случайность или проявление природной закономерности?