Ужасная красавица: пугающая атмосфера Венеры все еще притягивает к себе ученых

Конечно, Венера ближе к Солнцу, но не так уж сильно. Скорее всего, ей достается чуть больше тепла, а значит, там жаркий тропический климат. Исходя из этого допущения, писатели представляли планету покрытой девственными лесами и населяли ее ящерами, вольно или невольно воссоздавая юность Земли. С неменьшим энтузиазмом смотрели на Венеру и ученые. Лететь туда ближе и проще, чем к Марсу, рассуждали они, следовательно, эта планета удобнее для освоения. Увы, реальность разрушила все эти теории.

Начиная с первого радиолокационного исследования, проведенного в начале 1960-х, человечество сильно продвинулось в изучении своей соседки. И оказалось, что она похожа на Землю не больше, чем Люк Скайуокер на Дарта Вейдера. При всей схожести размеров и орбит две планеты являются почти антагонистами.

Вокруг своей оси Венера вращается гораздо медленнее Земли. Местные сутки составляют 243 земных – больше, чем местный же год, то есть период оборота вокруг Солнца. Более того, светило здесь восходит на западе, а заходит на востоке: Венера кружится в направлении, противоположном большинству планет Солнечной системы. Предполагается, что это произошло из-за глобальной катастрофы – скорее всего, столкновения с другим небесным телом. Удар мог изменить вращение Венеры, разрушить ее спутники, обломки которых упали на поверхность планеты, дестабилизировать глобальное магнитное поле.

Есть и более экзотические теории, объясняющие различия между соседними мирами. Согласно одной из них, гипотетическим «потерянным спутником» Венеры мог быть Меркурий. Разорвав путы притяжения материнской планеты, он вышел на собственную гелиоцентрическую орбиту ближе к Солнцу, что также могло спровоцировать изменения во вращении Венеры. Еще более разительно несхожи земная и венерианская атмосферы. Условный космонавт, оказавшийся на соседней планете, не почувствовал бы серьезных перемен в силе тяжести, но воздух сказал бы ему о многом. Атмосфера здесь почти целиком (на 96%) состоит из углекислого газа. В тропосфере, нижней и самой плотной части, его температура поднимается выше 450 °С, а давление достигает 90 бар – на Земле такое давление возможно лишь на километровой глубине.

Чем дальше от поверхности, тем ниже температура и меньше давление. Здесь властвуют неутихающие бури со скоростью ветра около 100 м/с. На высоте Венера – сплошной воющий клубок ураганов. Они эффективно распределяют тепло по всей площади планеты, поэтому температуры на ее дневной и ночной сторонах не сильно различаются, несмотря на сутки, длящиеся больше года. И это настоящая адская жара: благодаря сверхплотной атмосфере из углекислого газа парниковый эффект здесь вышел за все разумные рамки. На поверхности Венеры горячее, чем на гораздо более близком к Солнцу, но лишенном атмосферы Меркурии. Из-за абсолютно непроницаемых облаков до сих пор неясно, продолжается ли там вулканическая активность. Но известно, что, когда на Земле зарождались первые моллюски, членистоногие и позвоночные, поверхность молодой Венеры все еще была залита свежей лавой, над которой клубились облака серной кислоты. Исследования планеты космическими аппаратами оказались невероятно трудны: ни один зонд не проработал в этой кислотной жаре дольше часа. Так стоит ли Венера наших усилий?

Несмотря на скверный характер планеты, причин получше узнать Венеру множество. Во-первых, не потеряна надежда найти здесь жизнь – возможно, не на поверхности, а в высоких, сравнительно комфортных слоях атмосферы. Ученые исходят из того, что разогрев планеты происходил не мгновенно. И если к тому времени где-то на ней уже существовали примитивные микробы, они могли приспособиться к жизни в новых условиях.

В 2020 году даже появилась новость о том, что в венерианской атмосфере был обнаружен фосфин – одно из веществ-биомаркеров, которые могут указывать на присутствие жизни. Повторные наблюдения находку не подтвердили, однако споры о населенности планеты зазвучали с новой силой. А эксперимент «Тест», проведенный российскими учеными на внешней поверхности МКС, показал, что бактерии могли быть занесены в атмосферу Венеры... людьми. Точнее, межпланетными станциями, которые побывали там в ХХ веке. Разве не интересно проверить такую гипотезу?

Другая важная причина для исследований – потенциальная возможность терраформирования, превращения Венеры в место, пригодное для освоения и жизни. С этой точки зрения она может оказаться привлекательнее Марса: сила тяжести там примерно та же, что и у нас, Солнце ненамного ярче, а лететь ближе.

В самом деле, в ХХ веке к Венере были отправлено множество станций. Одних только советских было 19, причем трех серий: «Зонд», «Венера» и «Вега». Им удалось изучить состав венерианской атмосферы, используя зонды-аэростаты. Часть аппаратов даже сумела сесть на поверхность и некоторое время сопротивляться адскому климату. Тогда же NASA провело собственную миссию радиолокационного зондирования Magellan. Были составлены первые карты планеты, определены самые значительные объекты на ее поверхности.

В XXI веке к Венере летали европейская станция «Венера-Экспресс» и японская Akatsuki. В первой миссии удалось поучаствовать и нашим специалистам. Аппарат был запущен в 2005 году с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя «Союз-ФГ»; кроме того, добрая половина приборов на нем была создана в России и успешно проработала вплоть до 2015 года, когда зонд сгорел в венерианской атмосфере. Японский проект оказался не настолько удачным. Стартовавший в 2010 году Akatsuki с трудом добрался до места назначения, потратив на это пять лет вместо запланированного года. Впрочем, несмотря на сложности первого этапа, аппарат благополучно прибыл к цели и продолжает работу. Возможно, он даже дождется «сменщиков» на орбите соседней планеты.

Сегодня на волне интереса к Венере реализуется целая серия проектов по отправке к ней космических аппаратов. Так, на следующий декабрь запланирована индийская миссия Shukrayaan-1, которая должна изучить атмосферу и поверхность с орбиты.

У Индии уже были успешные марсианская и лунная миссии; вероятно, и венерианская позволит получить интересные результаты. Согласно проекту, при собственном весе около 100 кг станция будет нести на борту множество научных приборов, включая два российских инструмента для спектроскопических наблюдений.

Чуть позже, в 2025-м, предполагается старт первой частной миссии. Космический аппарат Photon американской компании RocketLab будет весить всего 20 кг и займется целенаправленным поиском органики в атмосфере соседней планеты. Легко догадаться, что проект вдохновлен именно надеждой на обнаружение жизни в высоких облаках Венеры. Компания собирается использовать собственную ракету-носитель Electron.

На все это Европа ответила собственным проектом, куда более серьезным. Помимо наблюдений атмосферы межпланетная станция ESA EnVision, старт которой намечен на 2031 год, должна составить детальную карту поверхности, а также просканировать подповерхностные слои с помощью специального радара. Не отстает от тренда и Китай, также пообещавший к 2031 году запустить к соседней планете свой зонд. Правда, никаких деталей будущей миссии Поднебесная пока не раскрывает.

Зато в NASA о своих планах рассказывают куда яснее. Космическое агентство готовит сразу две миссии к Венере: VERITAS и DAVINCI+, обе орбитальные. VERITAS займется зондированием поверхности, наблюдением за происходящими под ней тектоническими процессами, измерениями гравитационного поля. DAVINCI+ же нацелен на изучение состава венерианской атмосферы на разных высотах. Как видим, на новую посадку не решился пока никто – кроме Роскосмоса. Отечественная миссия «Венера-Д» должна не только достичь поверхности жестокой планеты, но и постараться выжить здесь как можно дольше.

Главная задача «Венеры-Д» – расширение наших знаний в области климата и геологии планет земной группы. Предполагается, что отечественный аппарат совершит мягкую посадку на Венере и возьмет пробы ее грунта для детального изучения.

Чтобы реализовать эти грандиозные планы, миссию пришлось разделить на несколько частей. Основной блок проживет на планете максимум два-три часа, за это время он должен успеть собрать и исследовать грунт. Однако на посадочной платформе предусмотрено еще несколько отдельных «долгоиграющих» капсул, каждая из которых сможет проработать 60 или 120 суток, ведя мониторинг внешней среды. Кроме того, в составе миссии будет действовать аэростат: оставаясь в верхних слоях атмосферы, он выступит ретранслятором для обмена данными с Землей.

Чтобы электроника могла противостоять страшной жаре и давлению, создатели «Венеры-Д» собираются установить полупроводники на основе карбида кремния. В отличие от чистого кристаллического кремния карбид способен работать даже в венерианском аду. Испытания микрочипов нового типа уже идут. «Карбидная» схема с проводами, изолированными жароустойчивой керамикой из оксида магния (MgO), нормально функционировала в установке, имитирующей условия на поверхности Венеры, более 500 часов – в сотни раз дольше, чем лучшие кремниевые аналоги.

Отдельный вопрос – электропитание. Аккумуляторы вряд ли перенесут местные условия, а солнечные батареи на Венере малоэффективны. Поэтому в качестве источника энергии Институт космических исследований РАН в апреле 2023 года предложил использовать... двигатель Стирлинга. Эта тепловая машина использует разницу температур рабочего тела (в данном случае лития), которое на разных этапах цикла то нагревается, то охлаждается, преобразуя ее в работу. Такую установку можно одновременно применять и для охлаждения микросхем, и для выработки энергии. Как будет выглядеть российская миссия в реальности, мы узнаем уже довольно скоро: эскизное проектирование должно начаться в первые месяцы 2024 года.