Вот почему ученые считают, что жизнь могла процветать на «адской планете» Венере
Когда вы смотрите на Венеру сегодня, она не кажется очень гостеприимным местом. С температурой поверхности выше, чем в духовке, атмосферным давлением, эквивалентным глубине океана в 3000 футов, и отсутствием жидкой воды нигде, что мы видели, это кажется противоположностью комфортной среде, в которой могла бы возникнуть жизнь.
Но в последнее десятилетие ученые начали задаваться вопросом, могла ли когда-то эта «адская планета» быть обитаемой. Миллиарды лет назад Венера могла быть более прохладным и влажным местом с океанами, мало чем отличающимися от нашего здесь, на Земле.
Возможно даже, что давным-давно на Венере можно было жить, но в какой-то момент что-то пошло не так.
Чтобы выяснить, что потребуется для того, чтобы другая наша соседняя планета стала пригодной для жизни и почему она больше не является пригодной для жизни, мы поговорили с двумя экспертами по Венере о том, что мы знаем об истории Венеры, и о том, чего мы еще не знаем, но скоро узнаем. .
Сказка о двух планетах
Какими бы разными ни были две планеты сегодня, Венера и Земля когда-то были очень похожи. Две планеты одинакового размера, и они сформировались из одинаковых материалов на самой ранней стадии Солнечной системы. Кроме того, они оба находятся в пределах границы в Солнечной системе, называемой линией снега, которая является точкой, в которой вода образует ледяные зерна.
Есть некоторые отличия — Венера находится ближе к Солнцу и поэтому получает больше тепла, она менее плотная, чем Земля, и вращается медленнее — но в целом две планеты могли пройти очень похожий путь в первые годы своего существования.
Так что возможно, хотя это и оспаривается, что на Венере в далеком прошлом могли быть водные океаны. Например , исследование планетологов НАСА , проведенное в 2016 году, смоделировало исторические климатические условия на Венере и показало, что при наличии океанов планета могла бы поддерживать стабильную температуру от 20 до 50 градусов по Цельсию в течение примерно трех миллиардов лет.
Но эти модели требовали, чтобы вода уже существовала на планете, и спорно, так ли это было.
Однако независимо от того, была там вода или нет, ученые сходятся во мнении, что Венера не чувствовала себя комфортно. В какой-то момент Земля и Венера резко разошлись, и Венера вошла в так называемую тепличную фазу. Более высокие температуры привели к тому, что поверхностная вода испарилась, образовав водяной пар в атмосфере, который под действием солнечного света расщепился на кислород и водород, которые затем улетучились в космос. Парниковые газы накапливались в атмосфере, повышая температуру еще выше. Считается, что именно поэтому Венера стала тем адским местом, которым она является сегодня.
Однако эти изменения коснулись не только атмосферы планеты. Изменения в атмосфере также влияют на тектонику планеты. Поскольку поверхность планеты нагревается быстрее, чем ее внутренняя часть, внутри планеты движется меньше материала. А активная тектоника, как и на Земле, считается важной для обитаемости , поскольку она стабилизирует климат. Из-за меньшей тектонической активности планете может быть сложнее перерабатывать воду, что делает ее менее пригодной для потенциальной жизни.
«Мы знаем, что Венера стала горячее. Мы знаем, что он потерял воду. Эти известные потери изменят тектонику», — объяснил эксперт по тектонике Венеры Уолтер Кифер из Лунного и планетарного института. Однако, по словам Кифера, также возможно, что сначала произошло тектоническое событие, вызвавшее изменение климата: «Это вопрос курицы и яйца».
По словам Кифера, глядя на прошлое планеты, мы должны понимать, как планета работает в целом: «Мы должны думать о Венере как о системе. Что делал климат? Что делала атмосфера и выделение газа в атмосферу? Была ли тектоника движущей силой атмосферной эволюции или атмосферная эволюция управляла тектонической эволюцией? Или, что более вероятно, и то, и другое».
Дьявол в шкале времени
Это помогает понять, что мы имеем в виду, когда говорим о обитаемости . Потому что, когда вы слышите слово «пригодный для жизни», вы можете подумать о таких факторах, как температура, радиация, количество кислорода в атмосфере — обо всем, что нужно людям для выживания. Но в терминах планетарной науки это слово используется гораздо более ограниченно. Это относится исключительно к планете с температурой поверхности от 0 до 100 градусов по Цельсию, где вода может существовать в виде жидкости.
«Я определяю планетарную обитаемость как способность поддерживать умеренные условия на поверхности», — сказал Стивен Кейн, эксперт по планетарной обитаемости из Калифорнийского университета в Риверсайде. «Это означает, что в пределах узкого диапазона — а это чрезвычайно узкий диапазон — допускать поверхностную жидкую воду в течение длительного периода времени».
На это влияет все: от магнитных полей до размера планеты и присутствия луны. На самом деле существует множество факторов, которые могут влиять на температуру поверхности, и нет простого способа сказать, как будет выглядеть идеально обитаемая планета.
Но даже если бы условия были идеальными, и в какой-то момент своей истории Венера действительно имела требуемую температуру поверхности, этого все равно может быть недостаточно для того, чтобы она была пригодной для жизни — и это из-за требуемых временных масштабов. По сути, требуется много-много времени, чтобы появилось что-то похожее на жизнь.
«Ключом к обитаемости является не просто достижение необходимой температуры жидкой воды на поверхности, но и ее поддержание», — сказал Кейн. «И поддерживать его — очень, очень сложная часть».
Вопрос о том, как долго требуется стабильная температура поверхности для возникновения жизни и насколько сложна жизнь, о которой вы думаете, является предметом споров, но необходимые временные рамки, вероятно, составляют порядка миллиардов лет.
Это произошло на Земле, температура поверхности поддерживается благодаря таким процессам, как тектоника плит. Но мы, честно говоря, не знаем, насколько это распространено. Возможно, большинство каменистых планет похожи на Землю, и у них действительно есть тектоника плит или другие механизмы, которые позволяют им достигать стабильных температур в требуемом диапазоне в течение длительных периодов времени. Или, возможно, большинство каменистых планет больше похожи на Венеру, а условия, необходимые для жизни, исчезающе редки.
Наша планета может оказаться маловероятной космической случайностью.
Актуальность за пределами Солнечной системы
Учитывая неопределенность в отношении пригодности Венеры в прошлом, может показаться разумным спросить, почему нас это вообще должно волновать. Даже если был короткий период, когда на планете могла появиться жизнь, вероятность того, что сейчас там есть что-то живое, очень мала. (Есть несколько теорий о том, что в атмосфере Венеры могут жить микробы, но доказательства этого в лучшем случае горячо обсуждаются .)
Но Венера важна не только сама по себе. Это также представитель других планет в нашей галактике.
Причина, по которой так много планетологов интересуется Венерой и ее историей, заключается в том, что она может многое рассказать нам о том, на что могут быть похожи другие планеты в других системах. Хотя мы не можем пойти и посетить эти миры или понаблюдать за ними вблизи, мы можем сделать это с Венерой. Если мы хотим понять экзопланеты, и особенно если мы хотим идентифицировать потенциально обитаемые экзопланеты, нам нужно сначала понять планеты на нашем заднем дворе.
«Вывод условий для экзопланеты будет очень, очень сложным. Это действительно большой вызов», — сказал Кейн. «Потому что это вывод — мы не собираемся туда, мы не приземляемся на поверхность экзопланеты — поэтому вывод исходит из модели». И эта модель создана на основе данных из нашей Солнечной системы.
«Если мы не понимаем это правильно для нашей Солнечной системы, мы не понимаем это правильно для экзопланеты», — сказал он.
С другой стороны, если Венера действительно когда-то была пригодна для жизни, то это открывает дверь для большого количества экзопланет, которые также могут быть потенциально обитаемы.
«Если у Венеры действительно был значительный обитаемый период, я думаю, что это довольно серьезно», — сказал Кейн. Возможно, это состояние, в которое естественным образом попадают каменистые планеты на определенном расстоянии от своих звезд, с естественными обратными петлями круговорота воды, которые стремятся к возможности жидкой воды на поверхности. «И это многое говорит нам о том, можем ли мы ожидать таких условий где-либо еще».
Новые миссии, новые данные
Как бы много мы не знали об истории Венеры, скоро мы узнаем больше. С тремя миссиями , предназначенными для исследования Венеры в следующем десятилетии, мы получим новые измерения атмосферы и топографии планеты, и это может рассказать нам о ее истории.
Изучая такие факторы, как отношение водорода к одному из его изотопов, дейтерию, в атмосфере Венеры, ученые смогут увидеть, потеряла ли планета значительное количество воды с течением времени. А измеряя количество инертных газов, они могут узнать, как атмосфера сметается солнечными ветрами и теряется из атмосферы. Другие части предстоящих миссий раскроют больше информации о вулканической активности на планете и о ее недрах.
Эти три миссии сделают нас на один шаг ближе к пониманию сложной, прекрасной, адской планеты по соседству. Но там, где есть ученые, всегда больше вопросов.
«Это будет дополнительный набор улик», — сказал Кифер. «У нас будут ответы на все вопросы? Нет. Мы вернемся с дополнительными миссиями, которые нам нужны. Но это следующий набор подсказок.