Najbardziej niezwykła planeta?
Okazuje się, że na naszej bliźniaczej planecie (tak często określa się Wenus) jeszcze stosunkowo niedawno mogły istnieć oceany, a może nawet i proste formy życia. Zresztą w wyższych warstwach atmosfery tej niezwykłej planety nadal panują bardzo dobre warunki, by formy te mogły trwać i się rozwijać. O Wenus zrobiło się głośno ostatnio, a dokładnie pod koniec września 2019 r., gdy w Genewie obradował wspólny kongres dwóch ważnych naukowych organizacji wyspecjalizowanych w naukach o planetach Układu Słonecznego: Europlanet Society i Departamentu Nauk Planetarnych Amerykańskiego Stowarzyszenia Astronomicznego (AAS). Podczas obrad zaprezentowano kilka ważnych – być może przełomowych – odkryć i ustaleń dotyczących tajemnic Wenus. A ma ich wiele.
Najpierw o Wenus
Rzeczywiście Wenus pod wieloma względami jest niezwykła. Przede wszystkim, jeśli chodzi o warunki fizyczne, bardzo przypomina Ziemię. Poza tym leży blisko nas – w odległości tylko 50 mln km. Ma niewiele mniejsze objętość, gęstość i grawitację. Też jest planetą skalistą i znajduje się na pograniczu ekosfery, czyli w obszarze, w którym oddalenie od macierzystej gwiazdy jest na tyle odpowiednie, by woda mogła utrzymywać się na powierzchni planety w stanie płynnym. Na szczęście Ziemia znajduje się w samym środku tej strefy.
Oczywiście Wenus też różni się od Ziemi. Przede wszystkim tym, że leżąc znacznie bliżej Słońca – jej średnia odległość od naszej gwiazdy to 108 mln km – otrzymuje od niego niemal dwa razy tyle radiacji co Ziemia. A to oznacza, że jest na niej ekstremalnie gorąco; średnia temperatura powierzchni Wenus to 460ºC! Istne piekło. Masa jej atmosfery przewyższa masę atmosfery ziemskiej aż 93 razy, a wenusjańskie ciśnienie atmosferyczne jest 92 razy większe od ziemskiego. Wenus nie posiada tak jak Ziemia wytwarzanej wewnątrz magnetosfery (pola magnetycznego), a poza tym obraca się najwolniej ze wszystkich planet Układu Słonecznego. Jej pełen obrót wokół własnej osi trwa 243 doby ziemskie, czyli odbywa się wolniej niż jej obieg wokół Słońca. Ten wynosi 224 dni. Doba słoneczna trwa na planecie 117 dni. Do tego Wenus obraca się wokół swojej osi inaczej niż większość naszych planet, a mianowicie zgodnie z ruchem wskazówek zegara.
Jednak największe dla nas zagadki skrywała atmosfera tej planety. Niemal w całości (w 96%) składa się ona z dwutlenku węgla, a poza tym z niewielkiej ilości azotu i metanu. Niższe warstwy atmosfery to głównie CO2, wyższe – to azot, dwutlenek siarki i kwas siarkowy, przy czym te wyższe warstwy (szczyty chmur) okrążają planetę w ledwie 4 do 5 dni ziemskich, czyli 60 razy szybciej, niż trwa obrót samej Wenus. Zjawisko to nosi nazwę superrotacji atmosferycznej. Udało się ustalić, że te najwyższe warstwy wcale nie zwalniają, choć powinny, pod wpływem tarcia z warstwami niższymi i z powierzchnią. Nie wiadomo, co je napędza.
Wenus leży dwukrotnie dalej od Słońca niż Merkury i otrzymuje tylko 25% energii słonecznej Merkurego, mimo to pozostaje najgorętszą planetą w naszym Układzie. Odpowiada za to właśnie jej niezwykle gęsta i gruba atmosfera, która wytwarza gigantyczny efekt cieplarniany. Dlatego temperatury na powierzchni najbliższego Słońca Merkurego – pozbawionego atmosfery – są znacząco niższe. Wenus więc jest naprawdę tajemnicza i ekstremalna. Rozpalona do granic, nieprzyjazna, trująca, wroga wszelkiemu życiu. Po prostu – upiorna planeta!
A może to nieprawda?
Być może na Wenus panowały kiedyś zupełnie inne warunki. I to jest właśnie główna teza ciekawej prelekcji, wygłoszonej podczas ubiegłorocznego kongresu europejskich i amerykańskich znawców planet Układu Słonecznego w Genewie. O tym, że Wenus była dawniej znacznie bardziej przyjazną planetą, spekuluje się już od dawna, a dokładnie od czasu misji sondy Pioneer Venus 1 w latach 70. XX w. To wtedy dokładne mapy radarowe planety sugerowały, że na jej powierzchni mogły kiedyś istnieć oceany. Potem odbyło się jeszcze wiele wenusjańskich misji i w zasadzie wszystkie potwierdzały przypuszczenie, że obiekt bardzo ewoluował.
By przekonać się, czy Wenus mogła być kiedyś zupełnie inna niż dzisiaj, dwaj fizycy z The Goddard Institute od Space Science, Michael Way i Anthony Del Genio, przeprowadzili serię zaawansowanych symulacji komputerowych, a wyniki swoich prac pokazali w Genewie. Założyli oni możliwość występowania wody na Wenus. (Takie założenie wcale nie dziwi, ponieważ dzisiaj już wiemy, że wszystkie skalne planety Układu Słonecznego kiedyś wodę zawierały. A niektóre z nich wciąż ją mają. Wzięła się ona z protoplanetarnego dysku, w którym planety się formowały, a potem z uderzeń bogatych w wodę komet i asteroid). W trzech scenariuszach przyjęto obecnie znaną topografię planety. W pierwszym założono, że istnieje na niej ocean o średniej głębokości 310 m, w drugim – że ocean jest bardzo płytki, o głębokości zaledwie 10 m, w trzecim – że pewna ilość wody występuje tylko w tamtejszej glebie. Dla porównania wykonano także dwa warianty podobnych symulacji z topografią Ziemi. Naukowcy zastosowali przy tym trójwymiarowy model cyrkulacji, uwzględniający wzrost aktywności i promieniowania słonecznego, co miało pokazywać zmiany związane ze składem atmosfery i wpływem promieniowania. Wszystkie symulacje dały podobny wynik, a mianowicie, że na Wenus niemal przez 3 mld lat mogły panować temperatury od 20 do 50ºC. Czyli wielokrotnie niższe niż obecnie.
Ale przecież dzisiaj na Wenus nie ma i nie może być wody. To prawda, jednak jakieś 4,2 mld lat temu na planecie nastąpił okres gwałtownego ochłodzenia i zdominowania atmosfery przez dwutlenek węgla. Jeśli Wenus ewoluowała podobnie do Ziemi, przez następne 3 mld lat gaz ten był pochłaniany przez krzemianowe skały i zatrzymywany w skorupie planety. W atmosferze dominował wówczas azot z niewielką domieszką dwutlenku węgla i metanu, co przypominało warunki ziemskie. Taka atmosfera nie wytwarzała silnego efektu cieplarnianego. Woda mogła istnieć. Tak było jeszcze 715 mln lat temu, gdy nastąpiło bardzo silne, wywołane głównie aktywnością wulkanów Wenus, tzw. odgazowanie dwutlenku węgla ze skał. Ogromne ilości tego związku znów przeniknęły do atmosfery, po czym nie zostały powtórnie zaabsorbowane. Tak wynika z przeprowadzonych przez fizyków symulacji. Dwutlenek węgla nie został powtórnie pochłonięty najprawdopodobniej w wyniku zastygania magmy przy powierzchni, która w zestalonej formie uniemożliwiła teraz przyjęcie związku przez skały. Michael Way nazywa to „diametralną zmianą oblicza Wenus, która od tego momentu z planety przypominającej klimatycznie Ziemię stała się piekłem, jakim jest obecnie”. Ale stało się tak całkiem niedawno – nieco ponad 700 mln lat temu – i był to punkt zwrotny w historii tej planety.
Way i Del Genio argumentują, że do podobnych zjawisk dochodziło także na Ziemi, czego pozostałością są olbrzymie trapy syberyjskie, czyli pokrywy lawowe, których powstanie przyczyniło się do wymarcia wielu gatunków. Ale na naszej planecie procesy te nigdy nie miały charakteru globalnego jak na Wenus.
Życie na Wenus?
O tym, że życie może istnieć w wyższych partiach atmosfery Wenus, których skład i temperatura znacznie różnią się od partii niższych, już w 1967 r. mówili biofizyk Harold Morowitz oraz astronom Carl Sagan. Wyższe chmury Wenus, sięgające 50–70 km nad jej powierzchnię, mogłyby być ich zdaniem życiową niszą, w której proste formy życia zdołałyby się utrzymać. Ciśnienie na tej wysokości waha się w granicach 1 atmosfery, a temperatura to ok. 15ºC. Obecnie do idei tej powrócił Sanjay Limaye, badacz atmosfer planetarnych z University of Wisconsin, który odpowiada za współpracę japońsko-amerykańską przy realizacji misji japońskiej sondy Akatsuki. Sonda ta znajduje się na orbicie Wenus i bada ją od 2015 r. Niecałe dwa lata temu Limaye opublikował w czasopiśmie „Astrobiology” bardzo ciekawy artykuł z sugestią, że odkryte już niemal 100 lat temu przez teleskopy naziemne ciemne smugi i kropki widoczne na tle stosunkowo jasnych chmur wyższych partii atmosfery Wenus mogą być koloniami pochłaniających światło bakterii, które występują dość licznie także na naszej planecie, choć u nas głównie w zbiornikach wodnych. Niemal wszystkie sondy wysłane do Wenus próbowały przyjrzeć się im bliżej, dopiero jednak spektroskopowe badania tych pasm i smug, wykonane głównie w zakresie ultrafioletu właśnie przez sondę Akatsuki, nieco wyjaśniły nam ich istotę. Smugi te składają się na pewno z drobin kwasu siarkowego i jeszcze jakichś cząstek pochłaniających światło, których zidentyfikować się nie udało. „Struktury te utrzymują się przez kilka dni, zmieniają kształt i kontrast, po czym zanikają, ale w ich miejsce pojawiają się nowe” – wyjaśnia Limaye. Zdaniem badacza przypominają ziemskie glony tworzące zakwity wód, a także koncentracje wiążących siarkę bakterii na rozkładającej się roślinności dennej słonego górskiego jeziora Tso Kar w Ladakhu w Indiach. Niestety, by dowiedzieć się, czym dokładnie są te tajemnicze, pochłaniające światło struktury, trzeba by pobrać ich próbki, ale tego nie mogła zrobić żadna z sond wysłanych do tej pory na Wenus. Być może Amerykanie zdecydują się na budowę drona wenusjańskiego o nazwie VAMP (Venus atmospheric maneuverable platform) i wysłanie go do atmosfery planety. VAMP mógłby takie zadanie wykonać.
2020 – rok Wenus
Wenus badano wiele razy, ale głównie dziesiątki lat temu, gdy nasze możliwości były znacznie bardziej ograniczone niż dzisiaj. Przez ostatnie 25 lat do planety wyruszyły tylko dwie misje. Wenus ciekawiła przede wszystkim Rosjan, którzy wysłali do niej, a nawet na nią, aż 16 sond Wenera. Program Wenera rozpoczął się w 1961 r. i trwał kilkanaście lat. Podobnie było z amerykańskim programem Mariner, obejmującym w sumie 10 misji. Dokładniej atmosferę Wenus zbadała działająca na orbicie planety w latach 1989– 1994 amerykańska sonda Magellan, która zresztą na zawsze w tę atmosferę zanurkowała. Potem była europejska sonda Venus Express, badająca Wenus w latach 2006– 2015. Dzisiaj jedyną realizowaną misją wenusjańską jest wspomniana Akatsuki.
Rok 2020 to zmieni, ponieważ międzynarodowe środowisko badaczy nieba zapowiada go jako rok Wenus. Planuje się połączone wielokierunkowe obserwacje planety zarówno przez teleskopy naziemne, jak i sondy orbitujące wokół niej lub blisko niej przelatujące. Kulminacja tej współpracy nastąpi 15 października 2020 r., gdy niedaleko Wenus przeleci europejsko-japońska sonda BepiColombo. Jej głównym celem jest wprawdzie Merkury, ale po drodze do niego zbliży się bardzo – na odległość 10 tys. km – do Wenus, a dziewięć z jedenastu przyrządów jej orbitera planetarnego (MPO) zostanie wykorzystanych do obserwacji „siostry Ziemi”. Analizy te będą prowadzone również przy wykorzystaniu orbitującej wokół Wenus sondy Akatsuki, która znajdzie się wtedy znacznie dalej na orbicie. Z Ziemi te wspólne badania wesprze teleskop CFHT i NASA Infrared Telescope Facility (oba na Hawajach) oraz japoński satelita Hisaki (też prowadzi obserwacje w podczerwieni).
Badacze sądzą, że wykorzystanie całej tej flotylli pozwoli nam wydrzeć Wenus trochę tajemnic i potwierdzić ostatecznie wiele śmiałych hipotez, które w ostatnich latach zostały postawione przez obserwatorów tej planety.
Przemek Berg
dziennikarz naukowy, związany na stałe z redakcją tygodnika „Polityka”