Венерианские облака десятилетиями оставались загадкой. Однако недавние попытки понять их открыли много многообещающих перспектив
Говорят, Венера немного разочаровывает как объект ночного неба. Хотя оно яркое, кроме его фаз и вездесущего облачного покрова не так много деталей. Известный английский исследователь Уильям Ф. Деннинг писал в 1891 г.: Когда телескоп направлен на Венеру, надо признать, что результат едва ли оправдывает ожидания. Наблюдатели склонны полагать, судя по его красоте невооруженным глазом, что мощность инструмента значительно улучшит изображение. [...] Но надежда обманчива. Однако сегодня, благодаря наблюдениям с помощью чувствительных приборов и в самых благоприятных условиях, эта планета постепенно становится все более доступной.
Кстати, Венера только начинает исчезать с вечернего неба . Он виден только в первую неделю января 2022 года. Но вы все еще можете видеть другие планеты.
Ежедневные наблюдения Венеры дают, по мнению многих наблюдателей, наилучшие результаты. Тщательные наблюдения с помощью оптического оборудования начинают раскрывать некоторые характеристики планеты. К ним относятся яркие пятна и граничащие с ними темные полосы, впервые замеченные в 1813 году проницательным баварским астрономом Францем фон Паулой Груитхейзеном с помощью всего лишь 2-дюймового рефрактора. Теперь астрономы знают, что эти регионы представляют собой полярные облачные вихри — гигантские штормовые системы, похожие на земные ураганы.
На Венере нет пятен или полос с резкими очертаниями, как на Юпитере. Но самые внимательные наблюдатели заметят несколько рассеянных туманных полос. Они редко царапаются настолько, чтобы их можно было хорошо изобразить на рисунках, и, похоже, они не заслуживают особого внимания. Однако их природа остается необъяснимой даже в век космонавтики. Более того, они являются источником некоторых из самых насущных вопросов о Солнечной системе, включая возможность того, что жизнь могла когда-то возникнуть на ныне негостеприимной поверхности Венеры и со временем эволюционировать, чтобы выжить в ее облаках.
Первые заметные исследования облаков Венеры, вероятно, были проведены отцом Франческо Бьянкини, камергером папы Александра VIII, человеком широкого интереса и наблюдательным астрономом, участвовавшим в реформе календаря. В 1726 году он наблюдал Венеру как Вечернюю звезду. С этой целью он установил телескопы в разных местах Рима, в том числе на Палатинском холме. Лучшие виды он получил, используя телескопы римского фабриканта Джузеппе Кампани, которые, вероятно, давали увеличение порядка х112. Начав примерно через полчаса после захода солнца и продолжая наблюдения как можно дольше, Бьянкини обнаружил на Венере серию темных пятен, чем-то похожих на лунные моря, но менее выраженных. Продолжая наблюдать за Венерой, он затем создал фрагменты ее первого... глобуса.
И хотя сравнение наблюдаемых особенностей с лунными «морями» и периодом вращения планеты в 24,3 земных дня, выведенное Бьянкини, со временем оказалось неверным, его наблюдения пятен или полос кажутся верными. Многие астрономы девятнадцатого века видели подобные структуры на Венере, которые имеют приблизительно круглую форму и примыкают к ее терминатору. Однако ни один из них не был достаточно четким, чтобы позволить им оценить его период вращения, который, как мы знаем сегодня, составляет примерно 243 (а не 24!) земных дня.
На протяжении более века считалось, что туманные следы на Венере, такие как обнаруженные Бьянкини, отражают основной вид планеты. Однако в конце девятнадцатого века американский астроном Персиваль Лоуэлл шокировал тогдашнее научное сообщество иным способом восприятия этих особенностей. С помощью так называемого Рефрактор Кларка заметил, что некоторые детали, видимые на Венере, напоминают спицы колеса. Он описал эти свойства во многих статьях в авторитетных научных журналах, а также в популярных газетах и даже в литературных журналах, таких как The Atlantic Monthly. Лоуэлл писал, что так называемые спицы были удивительно четкими; с точки зрения контраста, так подчеркнутого, а также хорошо видимого, как черты поверхности на Луне [...], прекрасно очерченные по всей ее длине. Он считал их поверхностными элементами, видимыми через прозрачную атмосферу Венеры, и полагал, что их движение однозначно подтверждает ее (предполагаемый) 224,7-дневный период вращения.
Наблюдения Лоуэлла и выводы, которые он из них сделал, были, как заметил французский астроном и писатель Камиль Фламмарион, полностью противоречащими всему известному ранее. Однако большинство астрономов того времени были единодушны в своей критике. Реакция окружения была крайне ожесточенной и способствовала нервному срыву Лоуэлла. Несмотря на это, он по-прежнему не отрицал истинность своих отметин. Его первым заданием было приобрести спектрограф Брашира и передать его своему помощнику Весто Мелвину Слайферу, чтобы он мог подтвердить более длительный период вращения и подтвердить первоначальные наблюдения Флагстаффа. Лоуэлл никогда не отрицал наблюдаемые черты в форме спиц, и он и его помощники продолжали рисовать линейные черты, зарисовывая Венеру, хотя эти более поздние черты уже не были такими правильными, как сообщалось первоначально. Это все сделало это
Между прочим, астрономы и редакторы Sky & Telescope доктор Билл Шиэн и Том Доббинс, заинтригованные тайной спиц Лоуэлла, опубликовали в номере 2003 года статью под названием «Лоуэлл и спицы Венеры» .). В нем обсуждается малоизвестный факт: чтобы уменьшить яркость Венеры, самого яркого объекта в ночном небе за пределами Луны, и стабилизировать ее изображение, Лоуэлл уменьшил апертуру своего 24-дюймового телескопа всего до 3 дюймов или меньше. Благодаря этой информации авторы по незнанию предоставили ключ к разгадке головоломки со спицами. Прочитав статью, несколько оптометристов и офтальмологов сразу поняли значение этого открытия. Большой рефрактор Лоуэлла, установленный на 144-кратное увеличение и сильно уменьшенную апертуру, соответствовал тому, что перед глазом Лоуэлла помещали лист бумаги с точечным отверстием и пропускали через него яркий свет. Таким образом, телескоп имитировал офтальмоскоп ., инструмент, используемый для исследования внутренней части глаза, и то, что Лоуэлл видел как спицы, на самом деле могло быть тенями кровеносных сосудов и других структур в его собственной сетчатке.
Изначально фотография Венеры давала не намного больше информации, чем ее визуальные наблюдения. Первая попытка сфотографировать планету была предпринята в 1911 году французским астрономом Фердинандом Кениссе в обсерватории Камиллы Фламмарион в Жювизи-сюр-Орж, Франция, с помощью изображения ее в видимом свете. Картинка мало что показала. Настоящий прорыв произошел, когда Фрэнк Элмор Росс из Йерксской обсерватории сфотографировал Марс и Венеру с помощью цветных фильтров в 1926/27 году. До прихода в Йеркс Росс провел почти десятилетие в компании Eastman Kodak, исследуя эмульсии и фотографические фильтры, поэтому он хорошо разбирался в новейших технологиях.
Во время исключительно благоприятной элонгации Венеры в июне 1927 года Росс фотографировал Венеру с 60-дюймовыми и 100-дюймовыми прожекторами на горе Вильсон более 25 ночей. Изображения в видимом свете не имели никаких особенностей. Однако Росс надеялся на инфракрасную фотографию, поскольку такие фильтры использовались в наземной аэрофотосъемке, чтобы пробиться сквозь дымку. К сожалению, даже инфракрасные изображения оказались столь же пресными и невыразительными. Росс, с другой стороны, добился ошеломляющих результатов, используя недавно выпущенный УФ-фильтр Eastman Kodak Wratten 18A .(ультрафиолет). Эти изображения выявили множество деталей Венеры, в том числе темные полосы, которые проходят параллельно предполагаемому экватору планеты и встречаются под прямым углом к ее терминатору. Так Росс обнаружил, что в УФ можно увидеть детали, невидимые в видимом и инфракрасном свете.
Интерпретация этих новых особенностей Венеры была довольно неясной. В статье, опубликованной в 1927 году в Astrophysical Journal, Росс предположил, что они могут отражать изменения в структуре тонкого слоя перистых облаков, покрывающих плотные желтые нижние слои атмосферы, несомненно, из-за сильных возмущений, происходящих далеко внизу, возможно, вблизи планеты. поверхность .На основании собранных данных он также сделал вывод, что период вращения Венеры составляет… 30 дней. Потребовалось 30 лет, чтобы кто-нибудь добавил что-то значимое к выводам Росса. Это был астроном-любитель Шарль Буайе, который провел много лет в экваториальной Африке, служа французской системе правосудия. Будучи радиолюбителем, он связался с Анри Камишелем, астрономом из знаменитой обсерватории Пик-дю-Миди во французских Пиренеях. Камишель поощрял интерес Бойера к планетам. В том месте, где работал Бойер (4° южнее экватора), планеты часто находились высоко в небе. Осознав свою способность производить первоклассные наблюдения, Бойер построил там собственный 10-дюймовый ньютоновский рефлектор, оснащенный техникой правильного слежения за небом. Затем он попросил Камишеля определить интересный проект наблюдения. Камишель, который как раз фотографировал Венеру в ультрафиолете с Пик-дю-Миди, предложил Бойеру поинтересоваться и ею.
В августе и сентябре 1957 года Бойер приступил к работе. Не имея подходящего УФ-фильтра, он остановился на сине-фиолетовом фильтре Wratten 34. Изображения были маленькими и непривлекательными, но зафиксировали то, что казалось темной областью в атмосфере Венеры, возвращающейся к линии терминатора с интервалом примерно в четыре дня. Камишель сравнил свои фотографии с фотографиями Бойера, найдя больше доказательств в поддержку своего тезиса. Кампания наблюдений продолжалась до 1960 года, когда оба ученых пришли к выводу, что четырехдневное вращение верхних слоев атмосферы совершенно неопровержимо.
Однако к результатам все равно относились скептически. Также самим Карлом Саганом. В качестве тогдашнего редактора планетарного журнала «Икар» Саган отверг раннюю статью Бойера и Камишеля. Четырехдневное вращение верхних слоев атмосферы Венеры было подтверждено только в 1974 году, когда Маринер-10 сфотографировал ее облака в ультрафиолетовых лучах, когда она приближалась к Меркурию.
К тому времени астрономы-радары обнаружили, что вращение всей планеты было медленным и ретроградным с периодом 243 дня. Это означало, что атмосфера Венеры испытывает своего рода сверхвращение, вращаясь примерно в 60 раз быстрее, чем ее поверхность. Но как атмосфера Венеры может преодолеть поверхностное трение и набрать достаточный угловой момент, чтобы вращаться так быстро? Это долгое время было загадкой. Недавние наблюдения космических аппаратов позволяют предположить, что источником избыточного углового момента могут быть тепловые приливы, вызванные периодическим нагревом Солнцем атмосферы Венеры.
Еще одна неразрешенная загадка по сей день - это личность поглотителей УФ-излучения, ответственных за темные полосы, видимые на изображениях, и представляющие собой туманные тени, иногда видимые визуальными наблюдателями Венеры. Интересно, что мы до сих пор не знаем, что отвечает за темные пятна, быстро вращающиеся вокруг планеты. По сути, это одна из величайших загадок Венеры.
Что мы знаем точно, так это то, что все, что поглощает ультрафиолетовые лучи, находится в толстом облачном слое капель серной кислоты, который простирается на 48–70 километров над поверхностью. В нижней части этого диапазона температура составляет около 10 градусов по Цельсию, а давление примерно в два раза выше, чем на уровне моря на Земле. На другом конце температура составляет 45 градусов по Цельсию, а давление составляет всего 4 процента от давления на Земле на уровне моря. Ученые идентифицировали определенные соединения в более высоких облаках, которые, по-видимому, лучше всего соответствуют наблюдаемому спектру поглощения. Однако сами ученые говорят, что до однозначного определения поглотителя (поглотителей) ультрафиолета на Венере еще далеко.
Есть и другая, более экзотическая возможность: какие-то микробы, которые живут и витают в облаках Венеры. Еще в 1967 году, когда советский космический зонд «Венера-4» впервые исследовал атмосферу этой планеты, Карл Саган и Говард Моровиц представили свое представление о венерианских микроорганизмах, обитающих в облаках. Они, конечно, знали, что жизнь на поверхности там казалась невозможной. Поверхностное давление атмосферы Венеры, содержащей почти чистый углекислый газ, примерно в 90 раз больше, чем у Земли, и сравнимо со смертельным давлением на глубине почти 900 метров в земном океане. Температура поверхности составляет около 470 С. Даже термофильные (термофильные) микроорганизмы на Земле не смогли бы выжить в таких условиях. В то время как некоторые термофилы могут расти при температуре до 113°С, то есть выше точки кипения воды, после еще большего повышения температуры молекулы, из которых состоят эти организмы, распадаются в течение нескольких секунд. Поэтому, основываясь на нашем нынешнем понимании биологической жизни, мы предполагаем, что сегодня поверхность Венеры должна быть полностью стерильной.
Предположим, однако, что в какой-то момент в далеком прошлом микробы, сформировавшиеся на древней Венере, сбежали в ее более прохладные облака, сделав ее своим домом. Во всяком случае, небольшое число ученых уже давно склонны принять эту спекулятивную идею. В 1975 году, продемонстрировав, что снижение отражательной способности облаков Венеры в ближнем ультрафиолетовом свете можно объяснить тем, что облака содержат молекулы серы и серной кислоты, Брюс Хапке и Роберт Нельсон из Питтсбургского университета обнаружили, что многие примеры анаэробных земных организмов были известны В., где восстановление или окисление различных форм серы являются важными источниками энергии в их метаболизме.
Спустя почти три десятилетия после завершения вращения верхних облаков Венеры в 1986 году Буайе предположил во французском научно-популярном журнале L'Astronomie, что темные черты ее облаков могут состоять из огромных долей фотосинтезирующих организмов. Эти пятна будут вести себя подобно цветущим водорослям в океанах, набирать силу до тех пор, пока не будут исчерпаны все доступные питательные вещества, а затем умирать — и все это в течение нескольких земных дней. Несколько лет спустя американский планетолог Дэвид Гринспун предположил, что неизвестный поглотитель ультрафиолета может быть фотосинтетическим пигментом. В начале 21 века Дирк Шульце-Макух и Патрик Ирвин выдвинули довольно спорное предположение, что такие венерианские организмы могут быть термоустойчивыми археями на основе серы, такими как найденные в Йеллоустонских горячих источниках или вблизи глубоководных гидротермальных жерл.
Возможно, облака Венеры усеяны переносимыми по воздуху микробами, напоминающими серовосстанавливающих автотрофов на Земле, способных восстанавливать атомарную серу до сероводорода и процветать в отсутствие кислорода. А может быть, они напоминают некоторые виды фотосинтезирующих организмов, доминирующее поглощение света у них в цветах сине-фиолетового и ультрафиолетового, вместо оптимальных на Земле синих, желтых и красных цветов, как у растений и водорослей. В статье Санджая Лимайеиз Университета Висконсин-Мэдисон (2018 г.) авторы предполагают, что существует множество соединений, которые поглощают свет с той же длиной волны, что и в полосах поглощения спектра Венеры. К ним относятся железосодержащие белки, такие как гем (предшественник гемоглобина), сульфид железа (наиболее распространенный сульфидный минерал в земной коре, обнаруженный в гидротермальных отложениях, таких как найденные в Йеллоустоне), и фотосинтетические пигменты, такие как хлорофиллы.
Недавно появились сообщения об обнаружении фосфина в облаках Венеры., что вызвало серьезные дебаты в научном сообществе. Это было важно, потому что именно микроорганизмы производят этот газ на Земле, а для производства фосфина требуется восстановительная атмосфера — та, которая удаляет кислород. Восстанавливающие соединения, такие как метан, аммиак или аминокислоты, химически неустойчивы в окисленной атмосфере, так как легко окисляются в ней. Для того чтобы такой газ, как фосфин, находился в облаках Венеры, он должен каким-то образом постоянно пополняться. Мы до сих пор точно не знаем, как это произойдет. Недавний анализ (опубликованный в марте 2021 года в журнале Geophysical Research Letters) данных, полученных для средних слоев облаков Венеры в ходе миссии Pioneer Venus 1978 года, подтверждает возможность наличия фосфина и небольших количеств нескольких других химических веществ, совместимых с присутствием восстанавливающих атмосфера. которые венерианские микроорганизмы могли использовать для собственных метаболических процессов. С другой стороны, некоторые исследователи утверждают, что избыток фосфора на Венере можно объяснить извержениями вулканов или ударами молнии в облаках.
Есть еще ряд трудностей с теориями о микробах, живущих в облаках Венеры. Для развития такой жизни там, на Венере, должны были быть океаны или хотя бы поверхностные озера и лужи. Однако за последние несколько сотен миллионов лет вся поверхность планеты сильно трансформировалась и переформировалась в результате одновременных извержений вулканов, стирающих прежние черты поверхности. Другими словами, исследовать ее историю довольно сложно.
Но предположим, что микробная жизнь возникла в этом мире в какой-то момент в прошлом. Могла ли эта жизнь подняться высоко в атмосферу и развиваться там, а затем выжить на экстремальных высотах? У нас нет земных аналогов, подтверждающих эту гипотезу. В частности, мы знаем о некоторых переносимых по воздуху микроорганизмах на Земле, которые могут оставаться в атмосфере в течение нескольких дней, но им также необходимо со временем возвращаться вниз, чтобы размножаться. Однако нельзя исключать, что микроорганизмы на Венере эволюционировали с изменением условий в ее атмосфере совершенно по-разному. Крайняя кислотность атмосферы Венеры - еще одна проблема для жизни, хотя некоторые археи все же существуют.которые выжили в таких экстремальных условиях на Земле, где pH составляет около 1 и сравним с кислотностью верхних облаков Венеры. Если венерианские микробы действительно существуют, им, вероятно, потребуется сформировать какую-то защитную мембрану, чтобы выжить в среде с такой высокой кислотностью.
В общем, мы до сих пор точно не знаем, что происходит в венерианских облаках. В любом случае, их потенциальная обитаемость — это уже не просто странная идея, а проблема, которая побудила планировщиков НАСА одобрить отправку двух новых космических зондов к Венере. Эти миссии, известные как VERITAS (излучательная способность Венеры, радионаука, InSAR, топография и спектроскопия) и DAVINCI (исследование благородных газов, химии и визуализации в глубокой атмосфере Венеры), планируется начать в 2028–2030 годах. Зонд DAVINCI предназначен для сбора профилей молекул следовых соединений, присутствующих в атмосфере Венеры, включая возможные поглотители УФ-излучения. Кроме того, российское космическое агентство «Роскосмос» планирует запустить (совместно с НАСА) аппарат « Венера-Д ».в 2028 или 2029 году. Затем, в 2030-х годах, состоятся еще три миссии, кульминацией которых станет возвращение зонда на Землю с… образцами, взятыми с поверхности Венеры. Между тем, Европейское космическое агентство недавно одобрило EnVision , миссию, аналогичную VERITAS, для составления карты топографии и состава поверхности планеты. Венера, долгое время остававшаяся без внимания по сравнению с другим близким соседом Земли — Марсом, — скоро станет довольно интенсивно изучаться и наблюдаться земным шаром.