Венеру назвали прародиной жизни в Солнечной системе

Планетологи из США и Швеции провели тщательное моделирование условий, существовавших на Венере 2,900—0,715 миллиарда лет назад. Учёные пришли к выводу, что в этот период Венера могла быть более благоприятным местом для жизни, чем любая другая планета Солнечной системы. Соответствующая статья направлена на публикацию в Geophysical Research Letters, а с её препринтом можно ознакомиться на сайте Корнелльского университета.

При построении модели древней Венеры астрономы исходили из накопленных на сегодня данных о её прошлом. Среди них важнейшими являлись два момента: соотношение дейтерия/водорода и факт наличия в венерианской атмосфере в 2,4 раза большего количества азота, чем есть сегодня в атмосфере Земли. Сейчас на Венере соотношение атомов дейтерия (тяжёлого водорода) к атомам обычного водорода в 150 раз выше, чем на нашей планете. Поскольку источник вещества для наших планет одинаков, исходно это соотношение должно быть одинаковым. Чтобы добиться нынешнего 150-кратного разрыва, в какой-то момент Венера должна была отдать в космос почти весь свой лёгкий водород (тяжёлый лучше удерживается гравитационным полем). Как и на Земле, почти весь водород Венеры изначально входил в состав воды.

Исходя из соотношения дейтерий/водород, исследователи оценили количество воды на древней Венере 2,9 миллиарда лет назад. Оно оказалось в девять раз меньше, чем на сегодняшней Земле. Несмотря на это, в силу меньшего перепада высот на второй планете этой воды хватило бы покрыть 60% её поверхности. При этом все вероятные континенты оказались бы довольно далеко от полюсов. Последнее объясняется тем, что тектоники плит на Венере нет, поэтому дрейф континентов не мог привести их в приполярные области. Атмосфера Венеры была принята исследователями за азотную, по плотности равную нынешней земной. Углекислый газ, доминирующий сегодня в атмосфере Венеры, по современным представлениям, появился в ней позже, в последние сотни миллионов лет.

Симуляции венерианского климата при вышеописанных условиях показали удивительный результат. 2,9 миллиарда лет назад на древней Венере среднегодовая температура составляла 11 градусов Цельсия. Это на 4 градуса меньше, чем на Земле сегодня. При этом абсолютный минимум был всего -22, а максимум — +36 градусов. Иными словами, климат второй планеты отличался меньшим разбросом температур, чем наш.

Осадки составляли 8—10 миллиметров в день, что соответствует влажным районам у земного экватора. Ночью на планете шёл очень редкий снег, слой которого к рассвету достигал 5 сантиметров. Лишь в районе возвышенностей Земли Иштар он доходил до 5 метров. Авторы отмечают, что это происходило несмотря на то, что венерианская поверхность получала на 46% больше тепла от Солнца, чем нынешняя земная. Причина снегопадов заключалась в медленном вращении второй планеты. Сутки на ней в симуляции были равны современным (243 земных суток). Из-за этого облака на дневной стороне создавали сплошной покров: длительный солнечный нагрев провоцировал сильнейшую конвекцию и испарение. Сходная ситуация бывает над некоторыми субэкваториальными районами Земли. Облака отражали значительную часть солнечного света, уменьшая нагрев. Дополнительно планета охлаждалась ночью. Если её дневная сторона была покрыта постоянным циклоном, то на ночной доминировал вечный антициклон. В отсутствие облаков тепло, накопленное поверхностью, беспрепятственно уходило в космос.

Во второй фазе моделирования авторы обратились к менее давнему прошлому — 715 миллионам лет назад. При той же атмосфере и океане средняя температура Венеры достигла 15 градусов — современной земной. Минимум повысился до -17, максимум упал до +35. Авторы работы констатируют, что при таких температурах потеря воды Венерой, вообще говоря, невозможна (как и на Земле). И всё же она произошла, что вызывает вопрос о причинах. Чтобы прояснить их, авторы попробовали поменять в своей модели ряд параметров. Оказалось, что серьёзнейшее нагревающее влияние на вторую планету давало уменьшение длины её суток с современных 243 земных до 16 земных. В этом случае даже 2,9 миллиарда лет назад средняя температура на планете была бы равна 56 градусам, что позволяет начаться процессу активной потери воды.

Исследователи подчёркивают, что их оценки проясняют то, как Венера могла стать нынешней безводной пустыней. Однако это вряд ли случилось миллиарды лет назад — скорее, вторая планета стала неблагоприятной по климату куда позднее. Дело в том, что рост длины суток на ней происходит за счёт торможения вращения планеты из-за приливных взаимодействий с Солнцем. То есть сутки замедлялись плавно, и три миллиарда лет назад должны были быть длиннее 16 земных. А значит, тогда Венера была куда более благоприятным местом для жизни, чем даже Марс или Земля.

Проверить эту гипотезу довольно просто. Если будущие исследовательские миссии на Венеру заметят в районе экваториальных возвышенностей (бывшей суши) следы речных русел и водной эрозии, как на Марсе, предположение о былой потенциальной обитаемости второй планеты можно будет считать доказанным.

Моделирование показало: понятие зоны обитаемости нуждается в коренной переработке. Вскрытый механизм охлаждения планеты за счёт длинных суток означает, что те экзопланеты, что мы считаем чересчур горячими для жизни, на деле могут вовсе не являться такими. Та же Венера, будь на ней её исходный океан и атмосфера, сегодня имела бы климат, неотличимый от земного. Мешает этому только то, что где-то между 2,9 и 0,7 миллиарда лет назад её сутки стали короче, отчего она потеряла воду (от перегрева) и приобрела толстую атмосферу из углекислого газа. Если бы какие-то средства терраформирования вернули водно-газовый баланс планеты в исходную точку, при сегодняшних длинных сутках она ещё долго была бы устойчиво пригодна для обитания.

Исследование поднимает вопрос не только о благоприятном влиянии длинных суток, но и о негативных последствиях коротких. По современным представлениям, четыре миллиарда лет назад сутки на Земле длились всего четыре часа. До современных 24 часов они удлинились только к настоящей эпохе из-за приливных взаимодействий с Луной. Возможно, из-за этого ранее наша планета не успевала терять накопленное днём тепло, что помогало ей избежать оледенения (Солнце миллиарды лет назад было намного тусклее, чем сегодня).