Как Венера стала адом: 234 тысячи сценариев эволюции планеты

Венера и Земля начинали свой путь почти в одинаковых условиях, но сегодня наша соседка — это раскаленная духовка с температурой поверхности около 470°C, облаками из серной кислоты и давлением, как на дне океана. Астрономы из Вашингтонского университета прогнали 234 тысячи компьютерных симуляций, чтобы понять, где именно эволюция планеты «свернула не туда». Спойлер: шансов стать нормальной у нее почти не было, но глубоко внутри Венера всё ещё скрывает целый океан воды.

Венера все чаще привлекает внимание астрономов не только сама по себе. Сейчас космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) активно изучает скалистые экзопланеты, и ученым критически важно понимать: глядя на далекий скалистый мир, смотрим ли мы на потенциальный аналог обитаемой Земли или на очередную токсичную парилку?

Чтобы выяснить, как пути двух очень похожих планет разошлись настолько радикально, команда под руководством астронома Родольфо Гарсии (Rodolfo Garcia) из Вашингтонского университета использовала программу VPLanet — комплексную модель для симуляции планетарной эволюции. Ученые запустили 234 000 симуляций, каждая из которых виртуально прокручивала 4,5 миллиарда лет жизни планеты.

Главное ограничение, заложенное в модель: Венера, в отличие от Земли, всегда находилась в режиме «застывшей коры» (stagnant lid). Это значит, что ее литосфера никогда не раскалывалась на подвижные тектонические плиты, а работала как намертво приваренная крышка на кипящей кастрюле.

Целью алгоритма было получить на выходе современную Венеру — с давлением углекислого газа около 92 бар, микроскопическими остатками водяного пара в атмосфере и полным отсутствием планетарного магнитного поля.

Из почти четверти миллиона запущенных сценариев лишь 808 симуляций (около 0,35%) смогли в точности воспроизвести ту планету, которую мы видим сегодня. Проанализировав эти «выжившие» модели, исследователи выяснили, что у Венеры было четыре основных пути к ее нынешнему состоянию:

Скучное остывание (72% успешных симуляций). Самый распространенный и предсказуемый сценарий. Мантия и ядро планеты просто монотонно и плавно остывали на протяжении миллиардов лет, так и не запустив тектонику.
«Магнитная смерть» и обезвоживание (18%). Планета быстро теряет гигантское количество воды из мантии. Из-за этого порода внутри высыхает и становится жесткой (так называемое dehydration stiffening). Вязкость мантии растет, кора утолщается и наглухо блокирует отвод внутреннего тепла. В результате жидкая расплавленная часть ядра практически исчезает (падает до <1%), что убивает магнитное поле.
Синдром Питера Пэна для ядра (10%). Внутреннее твердое ядро планеты либо вообще не сформировалось, либо выросло недостаточно (застыло на отметке менее 80% от нужного размера), чтобы запустить полноценное динамо-действие и создать защиту от солнечного ветра.
Температурные качели (менее 1%). Самый редкий, экзотический сценарий. Первые 500 миллионов лет планету буквально лихорадило — её внутренние температуры и физические параметры дико колебались от одной крайности к другой, прежде чем окончательно стабилизироваться в адских значениях современности.

Возможно, самое интересное в этой работе — не столько объяснение прошлого Венеры, сколько точные предсказания касательно ее настоящего. Моделирование выдало несколько любопытных фактов, которые корректируют образ «мертвой» планеты:

Вода никуда не делась. Во всех успешных симуляциях Венера сумела удержать колоссальные запасы воды глубоко в своих недрах. Ученые предполагают, что в мантии планеты прямо сейчас заперт объем воды, эквивалентный как минимум одному земному океану.
Она все еще жива. Планета до сих пор остается геологически (и вулканически) активной. Да, масштабы извержений ниже, чем предполагали некоторые недавние смелые оценки, но Венера совершенно точно не является куском мертвого камня.
Призраки древней магнитосферы. В 88% успешных сценариев молодая Венера всё-таки имела собственное магнитное поле. Если это так, то в самых древних породах на поверхности планеты до сих пор могут скрываться остаточные магнитные следы.

Долгие годы Венера считалась неудавшимся «черновиком» Земли, но сегодня она вновь на пике научного интереса. Исследование команды Гарсии — это не просто абстрактная компьютерная математика, а набор проверяемых гипотез.

Дело в том, что в конце 2020-х и начале 2030-х годов к Венере отправятся сразу три масштабные орбитальные и спускаемые миссии: DAVINCI и VERITAS от NASA, а также EnVision от Европейского космического агентства.

Они будут оснащены современными радарами и спектрометрами, которые смогут заглянуть под густые кислотные облака, картографировать гравитационные аномалии и изучить состав поверхности. Если будущие аппараты найдут в поверхностных скалах Венеры остаточную намагниченность или засекут свежие следы вулканической активности, это станет триумфальным подтверждением того, что ученые смогли распутать эволюцию целой планеты, не выходя из-за компьютеров.

Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен

Источник:

Оригинальное исследование (принято к публикации, препринт на arXiv): Rodolfo Garcia, Rory Barnes, Peter E. Driscoll, Victoria S. Meadows, Megan Gialluca. «Investigation Of Venus’ Thermal History, Crustal Evolution, And Core Dynamics With A Coupled Interior-lithosphere-atmosphere Model».

← Назад