Российско-американская Oбъединенная научная группа (ИКИ/Роскосмос — НАСА) продолжает работу над новой исследовательской миссией к Венере на базе российского проекта "Венера-Д".
Зачем нужно изучать Венеру и была ли там жизнь, что будут делать научные аппараты миссии на поверхности и в облаках планеты и какой была Венера миллиард лет назад, рассказала в интервью ТАСС соруководитель группы с российской стороны, заведующая лабораторией спектроскопии планетных атмосфер Института космических исследований (ИКИ) РАН Людмила Засова.
— Какой практический интерес представляет исследование Венеры?
— Венеру называют близнецом Земли, но климат ее разительно отличается от земного: температура на поверхности 470 градусов, за столь высокую температуру отвечает парниковый эффект в атмосфере, окутывающей планету, как одеяло, и состоящей в основном из углекислого газа с давлением 95 атмосфер у поверхности. Для нас Венера — естественная лаборатория для изучения парникового эффекта.
На Земле сравнимое количество СО2, но благодаря зародившейся жизни это химическое соединение перешло в твердую фазу и оказалось в основном спрятанным в осадочных породах — карбонатах, в океане. Исследуя Венеру, мы попытаемся разобраться, как нам избежать усиления парникового эффекта на Земле и сохранить условия, пригодные для жизни.
Пока парниковый эффект на нашей планете играет положительную роль — повышает среднюю температуру на 35 градусов Цельсия, иначе она упала бы до минус 20. Это бы означало невозможность существования жидкой воды и жизни в сегодняшней форме. Увеличение содержания парниковых газов в атмосфере, в том числе из-за промышленных выбросов, автомобилей, в состоянии привести к росту средней температуры на Земле. Испарение Мирового океана может усилить выделение углекислого газа и метана и ускорить этот процесс.
— Есть ли планы по терраформированию Венеры? И могла ли там когда-то быть жизнь?
— Планы по терраформированию — это пока фантастика, дело будущего. Реальная задача — понять те природные и антропогенные механизмы, которые формируют климат планеты.
Однако три планеты — Венера, Земля и Марс — находятся в так называемой зоне обитаемости, то есть на таком расстоянии от Солнца, когда возможно существование жидкой воды. И нельзя исключить, что и на Венере, и на Марсе в далеком прошлом могла развиваться жизнь, по крайней мере в примитивных формах.
Причем Венера могла быть первой планетой, на которой появилась жизнь в Солнечной системе, то есть раньше, чем на Земле.
В принципе, на Венере может существовать жизнь и сейчас — в ее атмосфере, в облаках на высоте 50–60 км, где температура и давление похожи на земные. Облака состоят из 80% серной кислоты, это означает, что в каплях содержится 20% воды. И нам известен целый ряд земных бактерий, способных жить в концентрированном растворе кислоты. Например, Helicobacter Pylori, которая живет в соляной кислоте нашего желудка.
— Если когда-то Венера была похожа на Землю, что с ней случилось?
— Этот вопрос остается открытым. В течение последнего миллиарда лет, точнее, в период от 500 млн до 1 млрд лет назад, на Венере происходили мощные вулканические извержения, в результате поверхность оказалась покрытой базальтовой лавой. Остались не залитыми лишь отдельные гористые участки поверхности, тессеры, которые могут хранить историю о древних процессах. Исследование состава поверхности в тессерах могло бы помочь понять историю Венеры до извержений: проверить, например, есть ли там минералы типа гранитов, которые образуются лишь в присутствии воды.
—Что будет представлять собой миссия "Венера-Д"?
— Базовый состав миссии — это орбитальный и посадочный аппараты. Посадочный аппарат рассчитан всего на два часа работы на поверхности Венеры, однако этого достаточно, чтобы выполнить основные исследования научными приборами на борту. На борту в гермоотсеке будут установлены самые современные научные приборы, в частности, будет оснащено устройство для забора проб атмосферы и грунта для изучения на борту. Будет несколько камер, в том числе панорамные, камера с высоким разрешением — до 0,1 мм.
Венера покрыта слоем облаков толщиной 20 км, и для понимания многих ключевых проблем Венеры необходимы прямые измерения в облаках, в подоблачной атмосфере и на поверхности.
Орбитальный аппарат рассчитан минимум на три года активного существования, но мы надеемся, что он будет работать гораздо дольше. На этом модуле будут установлены различные спектрометры для изучения динамики, суперротации атмосферы, состава атмосферы, облаков, природы ультрафиолетового поглотителя, окружающей плазмы и др.
— Если модуль просуществует только два часа, почему в названии индекс "Д" — "долгоживущая"?
— "Венера-Д" была предложена в 2003 году как долгоживущая (30 суток) станция на поверхности Венеры и включена в Федеральную космическую программу 2006–2015. Потом оказалось, что электроники, способной так долго работать в "адских" условиях на поверхности Венеры, в современной России нет. А название осталось.
— Вы сказали, что современная Венера практически вся залита лавой, а не залитая поверхность — гористая. Куда же будет садиться посадочный модуль?
— Да, практически вся поверхность Венеры — более 80% — была залита базальтовой лавой за последний миллиард лет. Сейчас лава застывшая. Все предыдущие аппараты садились на базальтовые поля. Наибольшую научную ценность представляет посадка на область, лавой не залитую (тессеру), с выходом древних слоев поверхности, где могут быть следы некогда существовавшей воды и жизни. Эта возможность изучалась, но опасность посадки на тессеру значительная. Работа по выбору места посадки продолжается.
— Вы упомянули суперротацию и ультрафиолетовое поглощение — чем интересны эти явления?
— Венера медленно вращается вокруг оси, причем в сторону, обратную орбитальному вращению. Одни "звездные" сутки на Венере равны 243 земным суткам, а год — 224, при этом солнечные сутки составляют 117 земных суток (солнечные сутки — полный оборот планеты вокруг своей оси относительно Солнца, в отличие от звездных, оборота относительно "неподвижных" звезд).
Скорость вращения атмосферы растет от поверхности, где она равна 0,5–2 м/с, с ростом высоты, и на верхней границе облаков (70 км) достигает 100 м/с, так что период обращения составляет около четырех земных суток, что в 60 раз быстрее периода обращения планеты. Это явление и называется суперротацией.
Венера в видимой области спектра выглядит однородным желтоватым диском. В ультрафиолете (УФ) наблюдаются контрасты до 30%. По движению облаков, видимых в УФ, и была открыта суперротация. За эти контрасты отвечает так называемый неизвестный УФ-поглотитель. Этот загадочный элемент находится в верхнем слое облаков и поглощает 50% солнечной энергии, считается, что за счет этой энергии поддерживается суперротация.
Природа этого поглотителя, хотя он был обнаружен 45 лет назад, остается неясной. Кроме спектральных измерений с орбиты планируются прямые измерения состава облаков с летающей мобильной атмосферной платформы (типа "самолет" на солнечных батареях) или аэростатного зонда. Любопытно, что некоторые бактерии, найденные в земных естественных кислотных источниках, показывают похожее поглощение в УФ, что дает повод для спекуляции о биологической природе УФ-поглотителя.
— Когда и на какой ракете планируется отправить "Венеру-Д"?
— Планируется, что ракета будет "Ангара-А5", вся архитектура миссии сейчас выстраивается под этот носитель. Запуск предварительно планируется на 2026 год или после. Этот срок можно считать реалистичным, если начать финансирование проекта в ближайшее время.
— Когда ожидать начала практических работ по программе "Венера-Д"?
— По результатам работы Объединенной научной группы 31 января 2017 года представлен отчет ИКИ/Роскосмосу и НАСА, который получил высокие оценки. Было принято решение — как НАСА, так и Роскосмосом, — о продолжении работы в течение 2017 и 2018 годов.
— Если все состоится, каким будет вклад в миссию американской стороны?
— Потенциальный вклад НАСА — это приборы для посадочного аппарата и элементы миссии. В их числе может быть маневренная атмосферная платформа с движителем, своего рода самолет, который сможет летать в произвольном направлении в облаках Венеры и менять высоту, или аэростатный зонд, который будет перемещаться в облаках по ветру. В обоих случаях на борту будет комплекс приборов для изучения динамики, состава атмосферы и облаков, ультрафиолетового поглотителя.
Другой потенциально возможный вклад НАСА — малые долгоживущие станции, способные работать в экстремальных условиях на поверхности до года. Это модули массой 8–10 килограмм. Возможно, одна долгоживущая станция будет стоять на посадочном аппарате и продолжит работу после "смерти" основного аппарата.
То есть в составе предварительно прорабатываемой миссии: наша ракета, наш орбитальный и посадочный аппараты, а американская сторона потенциально может дополнить приборами посадочный аппарат и предложить высокотехнологичные элементы: атмосферную платформу и/или долгоживущие посадочные малые станции на поверхности (последние оправдают "Д" в названии "Венера-Д")
— Что именно будут измерять американские долгоживущие посадочные модули?
— Они будут измерять такие параметры, как температура, давление, скорость ветра, состав атмосферы — нам нужно понимать, что вообще происходит у поверхности, как происходит взаимодействие атмосферы и поверхности, как происходит обмен моментом вращения между атмосферой и поверхностью. Последнее важно для понимания природы суперротации атмосферы Венеры.
— Какое развитие исследовательских миссий планируется после "Венеры-Д"?
— Если миссия состоится, то логичный следующий этап — отправка передвигающихся по поверхности аппаратов — роверов. Потом — возврат на Землю сначала проб атмосферы, а затем и венерианского грунта, возможно из тессеры. Но это дело будущего.
— Сколько может стоить базовая миссия "Венеры-Д"?
— Космические программы подобной сложности обходятся более чем в миллиард долларов. Но если в проекте участвуют несколько космических агентств, то миссия будет дешевле для каждого из них.
Беседовала Валерия Решетникова