Planeta Venuše je v mnoha ohledech podobná Zemi. Má podobnou velikost a hmotnost, je nám blíže než kterákoli jiná planeta a pravděpodobně vznikla ze stejného druhu materiálů, z nichž vznikla Země. Po celá léta vědci a spisovatelé sci-fi snili o exotických džunglích a formách života, které musí obývat pozemské dvojče.
David Grinspoon, vědecký pracovník Southwest Research Institute v Boulderu v Coloradu, ve své knize „Venus Revealed“píše, že prostřednictvím programu Mariner 2 a dalších misí Venus „sme zjistili, že naše ‚sesterská planeta‘je chemicky cizí. stejně jako horké a suché až do zcela nadpozemských extrémů. S těmito odhaleními obrazy dvojčete rychle zmizely a ujal se názor, že ‚Venuše je peklo‘.“
Pouze 20 procent slunečního světla, které dopadá na Venuši, prochází oblačností, zatímco zbývajících 80 procent se odráží zpět do vesmíru. Toto snížené sluneční světlo však z Venuše nedělá chladný svět, protože hustá atmosféra oxidu uhličitého zachycuje teplo planety. Tento skleníkový efekt na Venuši je často uváděn jako příklad noční můry toho, co by se mohlo stát Zemi, pokud nedostaneme naše znečištění pod kontrolu.
V rozhovoru Grinspoon vysvětluje, jak se Venuše vyvinula z vlhké planety podobné Zemi až po spalující horkou a vyschlou pec dneška. Pak diskutuje o možnosti, že Venuše byla kdysi obydleným světem.
Časopis astrobiologie (AM): Jak horko je dnes Venuše?
David Grinspoon (DG): Na povrchu je 735 Kelvinů. Takže to je 900 Fahrenheitů. Není to zrovna mírné.
DOPOLEDNE: Řekl jste, že na Venuši byly dva samostatné hlavní geologické přechody, které vedly k jejímu dnešnímu stavu.
DG: No, konvenční názor byl, že existovaly dva samostatné přechody, ale my navrhujeme, že jde o jednu celkovou sekvenci.
Prvním velkým přechodem v historii Venuše byla ztráta oceánů. Nevíme, že Venuše měla oceány, ale máme všechny důvody se domnívat, že ano. Všechny mechanismy, které dodávaly Zemi počáteční zásobu vody, měly fungovat i na Venuši, ať už se na Venuši dostaly s původními horninami, které vytvořily planetu, nebo později s kometami. Venuše neměla uniknout čemukoli, co dalo Zemi vodu.
DOPOLEDNE: I když bylo tepleji? Nevypařilo by se to všechno?
DG: Pravděpodobně začal okamžitě ztrácet vodu. Přesto se obecně věří, že Venuše byla zásobována množstvím vody, které, i když nemuselo být úplně stejné jako na Zemi, mělo být značné množství. Venuše měla pravděpodobně nějakou dobu kapalnou vodu.
DOPOLEDNE: Jak dlouho by voda vydržela?
DG: To je velmi nejisté. Na povrchu dnes není žádná kapalná voda, ale v atmosféře je její stopové množství. Neexistují žádné známky jakýchkoli suchozemských forem, které by nás přiměly věřit, že voda byla na pozorovaném povrchu v poslední miliardě let.
Modely Venuše obvykle předpokládaly únikový skleník. To bylo nedávno upraveno na vlhký skleník, z velké části dílem Jima Kastinga a jeho kolegů. Ve vlhkém skleníku voda moc dlouho nevydrží. Jak dlouho voda vydržela, je otázka, na kterou se snažíme odpovědět. Často používané číslo je 600 milionů let.
Jako mladá planeta Venuše rychle ztrácela vodík do vesmíru. Oceány se vyvařily a po nějaké době, možná 600 milionů let, nebyla žádná povrchová voda. Tehdy byl povrch a klima velmi ve stavu, který vidíme dnes.
DOPOLEDNE: Takže voda se ztratila asi před 4 miliardami let, na konci období těžkého bombardování?
DG: Jo, možná v tu dobu. Nyní rychle vpřed do novější doby na Venuši. Začali jsme chápat příběh jeho povrchové evoluce z velké části díky misi Magellan v 90. letech. Největším překvapením Magellana bylo, že povrch vypadá, jako by byl stejně starý. Tomu říkám druhý velký přechod. Před 600 nebo 700 miliony let se na Venuši něco změnilo, aby byl celý povrch stejně starý.
Pokud použijete slovo katastrofický, některé lidi to otřese, ale na Venuši se stalo něco dramatického, co vymazalo téměř všechny známky staršího povrchu. Planeta byla znovu vydlážděna v podstatě před 600 nebo 700 miliony let.
DOPOLEDNE: Roztavil povrch nějaký obrovský náraz? Nebo to byl poslední výdech vulkanické činnosti?
DG: Je jasné, že ať byl tento druhý velký přechod jakýkoli, zahrnoval obrovské množství vulkanismu. Můžete vidět tyto proudy, které vypadají jako záplavové čediče, pokrývají 80 procent planety. Pozoruhodné je, že se zdají být všichni stejně staří. Hustota kráterů je kolem planety relativně rovnoměrná a náhodná. Zdá se tedy, že planeta byla zaplavena čedičovými lávami v geologicky krátkém časovém období, současně kolem planety.
Teď mluvíte s nějakými geology a ti se s tím hádají a říkají, no, nebylo to simultánní. Ale při pohledu na mapu kráterů na Venuši se všechny zdají relativně nedotčené a nejsou tam žádné starší. Nemůžete uniknout závěru, že se v té době na Venuši dramaticky změnilo něco, co mělo za následek opětovné vydláždění povrchu.
DOPOLEDNE: Takže buď se v té době něco stalo, nebo se něco, co se dělo, zastavilo.
DG: Přesně tak. Buď došlo k epizodě obnovy povrchu, která začala a skončila poměrně rychle, nebo došlo k pokračujícímu procesu obnovy povrchu planety, který se z nějakého důvodu náhle zastavil.
Na Venuši se může stát něco epizodického, na rozdíl od ustálené tektonické recyklace zemských desek. Zemská tektonika je lubrikována vodou mnoha jemnými způsoby, ale Venuše je mnohem sušší a místo toho byste mohli mít akci „zastav a spusť“.
Tektonická aktivita Země působí jako chladicí mechanismus pro vnitřek. Pokud má Venuše epizodickou deskovou tektoniku, kde se chvíli nic neděje, teplo se hromadí v nitru. Nakonec už to nevydrží a máte toto rychlé převrácení. Pak je na chvíli klid a teplo zase narůstá. Pokud věříte tomuto epizodickému modelu, pak viditelný povrch, který vidíme na Venuši, je záznamem poslední doby, která se stala, což je možná před 600 miliony let.
Alternativně existuje myšlenka, že Venuše byla nepřetržitě aktivní a měla něco více jako zemskou deskovou tektoniku, a nakonec se vnitřek ochladil natolik, že se před 600 nebo 700 miliony let vypnul.
DOPOLEDNE: A jsou oba součástí konvenčního pohledu? Nebo je jedna část nového pohledu a jedna část konvenčního pohledu?
DG: Ne, oba jsou ve hře. V tomto smyslu jsou oba konvenční. Každý z nich má své zastánce a neexistuje žádný spolehlivý důkaz, který by jednoho nebo druhého porazil. Jedním z důvodů, proč obhajujeme novou misi Venuše, je pokusit se získat izotopová data a povrchová mineralogická a další data, která by nám mohla pomoci rozhodnout se mezi konkurenčními scénáři.
Podívali jsme se na modely, které byly provedeny pro únikový skleník a vlhký skleník, abychom se pokusili porozumět časovému měřítku ztráty oceánů. První věc, kterou si uvědomíte, když se podíváte na tyto modely, je, že to nebylo provedeno příliš sofistikovaným způsobem. Ne proto, že by lidé, kteří to udělali, byli nenároční – Jim Kasting je nejlepší v oboru a jeho modely jsou nejmodernější. Ale stav techniky není tak dobrý.
Pokud čtete Kastingův článek, jsou zde tyto obrovské nejistoty v časovém měřítku. Musel učinit mnoho zjednodušujících předpokladů, aby se pokusil vyřešit problém ztráty oceánů na planetě, jako je Venuše. Když zahrnete všechny tyto předpoklady, skutečný rozsah nejistoty v jeho modelu je delší než stáří sluneční soustavy. Jinými slovy, Venuše mohla ztratit své oceány za 10 milionů let nebo si je udržet déle, než je věk sluneční soustavy. Časová omezení nejsou tak dobrá.
Jak tedy lze udělat lepší práci při modelování dlouhověkosti oceánů na planetě podobné Venuši? Říkám „planeta podobná Venuši“, protože problém se netýká pouze Venuše, ale také pozemských planet na vnitřním okraji obyvatelné zóny kdekoli v galaxii nebo jiných galaxií.
Lidé mají tendenci myslet na obyvatelnou zónu jako na toto pásmo s jasnými hranicemi a mimo tuto hranici nemáte kapalnou vodu a uvnitř této linie ano. Ale ve skutečnosti to nebude jasná linie. Jak se v této obyvatelné zóně vzdalujete od Slunce, můžete mít oceány déle. A čím déle je máte, tím pravděpodobně máte větší šanci na vývoj komplexního života.
Rozhodli jsme se, a Jim Kasting souhlasí, že hlavní nejistotou v modelech je role mraků. Kastingovy modely neobsahovaly mraky, ne proto, že by o nich nepřemýšlel, ale proto, že mraky je těžké modelovat. Nechápeme, jak fungují v planetárním měřítku. Ale je lákavé je zkusit zahrnout kvůli myšlence cloudové zpětné vazby.
Existují globální klimatické zpětné vazby zahrnující mraky, které by mohly stabilizovat oceány a způsobit, že na planetě podobné Venuši vydrží déle. Čím více vody máte, tím je planeta zakalená. Čím je planeta zataženější, tím více záření odráží do vesmíru, a to ochlazuje věci. Takže to má tendenci fungovat naproti útěku skleníku, který dělá věci teplejší, pokud máte více vody.
Ve skleníkové éře Venuše má Venuše stále povrchovou vodu a atmosféra je z velké části tvořena vodní párou. Oceány se vypařují, vodík se ztrácí do vesmíru. Když jsme do našeho modelu vložili mraky, zjistili jsme, že mraky během této skleníkové fáze výrazně ochlazují planetu. Teploty jsou výrazně nižší.
Dovolte mi zdůraznit, že toto je velmi předběžné; je to nedokončená práce. Ale myslím si, že naše výsledky naznačují některé zajímavé možnosti, které nyní chceme sledovat s přísnějšími modely. Pokud se tyto výsledky prosadí, mohlo by to vést k závěru, že kapalná voda na povrchu Venuše vydržela podstatně déle. Ještě nemohu uvést přesné číslo, ale může to trvat stovky milionů let až miliardy let.
Pokud by kapalná voda na Venuši nevydržela 600 milionů let, ale několik miliard let, pak si myslím, že můžeme začít vidět scénář, kde jsou dva velké přechody ve skutečnosti jedna sekvence.
Když měla Venuše povrchovou vodu, řekněme, že jste měli také deskovou tektoniku. Jakmile ztratíte povrchovou vodu, pak už subdukce nevracejí hydratované křemičitany do pláště, jako je tomu na Zemi, takže plášť Venuše začne vysychat. Už se nedobíjíte vodou prostřednictvím globálního tektonického cyklování. Chvíli to trvá, protože vnitřní konvektivní cykly mají obvykle časová měřítka stovek milionů let. Ale po několika z těchto cyklů začne plášť Venuše vysychat.
Takže jak se plášť vysuší, v určitém okamžiku to vypne deskovou tektoniku. Desková tektonika na Zemi závisí na vlhkém vnitřku několika způsoby, především proto, že máte tuto zónu nízké viskozity na základně litosféry, po které desky klouzají. Voda maže deskovou tektoniku. Odstraníte hydratované minerály z interiéru a to přestane. Věci se zablokují a vy už nemůžete mít deskovou tektoniku. Takže pokud voda na Venuši skutečně zmizela před několika miliardami let nebo méně, pak vysychání vnitřku, které je následkem toho, nakonec vypne deskovou tektoniku. Posledním lapáním po dechu tohoto vypnutí mohlo být toto globální znovuobjevení, pro které vidíme důkazy na Magellanových snímcích.
DOPOLEDNE: Takže poté, co Venuše přišla o vodu, tektonika se uzavřela a povrch planety naposledy znovu vynořila láva. Došlo k tomuto opětovnému vynoření, protože tam bylo všechno to vnitřní teplo a normální způsob jeho uvolnění už tam nebyl, takže to všechno jen vytrysklo?
DG: Podle mě Magellanovy snímky nenaznačují, že by se desková tektonika právě zastavila. Je možné, že Venuše měla dříve něco jako pozemskou deskovou tektoniku, která byla lubrikována vodou, a jakmile voda odešla, přešla na epizodičtější druh chování. A pak to, co vidíme na Venuši, je důkaz poslední z těch velkých epizod globálního znovuobjevování.
DOPOLEDNE: Co plánujete udělat pro pokračování této práce?
DG: Náš cloudový model byl jen rychlý a špinavý model. Způsob, jakým jsme řešili přenos záření, což je způsob, jakým infračervené a viditelné záření prochází různými vrstvami atmosféry, byl velmi hrubý. Použili jsme to, čemu se říká šedý model, který neláme spektrum na spoustu samostatných pásem, ale snaží se ho zprůměrovat přes celé infračervené spektrum. Jedním z dalších kroků by tedy bylo vytvořit sofistikovanější model přenosu záření, kde byste analyzovali záření v každém samostatném pásmu vlnových délek, abyste lépe porozuměli teplotní struktuře atmosféry v těchto zatažených podmínkách.
Model mraku je velmi jednoduchý, protože jakmile se dostanete do nadmořské výšky v atmosféře, kde tlak par dosáhne nasycení, pouze předpokládáme, že se vytvoří mrak. Předpokládáme také, že velikosti částic v oblacích jsou všechny stejné. Ve skutečnosti jsou mraky složité. Mají více velikostí částic a máte věci jako super saturaci.
Distribuce velikosti částic může znít velmi tajemně, ale ovlivňuje způsob, jakým mraky ovlivňují záření, a to jak přicházející ze Slunce, tak i odcházející. Musíme vědět, co se děje s radiací, pokud se snažíme pochopit starověké klima. Takže existují různé způsoby, jak můžeme udělat model sofistikovanější.
Zdá se, že výsledky našeho rychlého a špinavého modelu ukazují určitým směrem: když necháte mraky stabilizovat klima, udržíte je chladnější. Pak by oceány mohly vydržet mnohem déle. Přestože je model velmi jednoduchý, výsledky jsou dostatečně zajímavé, aby nás motivovaly vrátit se zpět a věnovat čas vytvoření sofistikovanějšího modelu. Musíme se pokusit zjistit, jaké byly fyzické podmínky v této zajímavé době, kdy se Venuše stále držela svých oceánů.
Otázka života
Časopis astrobiologie (AM): Na rozdíl od konvenčního názoru jste navrhl, že Venuše se mohla držet ve vodě možná až 2 miliardy let. Jaké jsou důsledky pro obyvatelnost?
David Grinspoon (DG): Pro obyvatelnost to má důsledky pro Venuši a obecně pro pozemské planety. Venuše měla téměř jistě tekutou vodu, když byla mladá. Takže podmínky pro vznik života, jak jsou konvenčně definovány, tam byly splněny stejně jako na Zemi a Marsu.
Hodně jsme slyšeli o tom, že Mars možná nikdy nebyl teplý, takže Venuše byla možná v tomto smyslu obyvatelnější než Mars. Mohly to být Venuše a Země, které byly těmi dvěma mladými obyvatelnými planetami, které si možná dokonce vyměňovaly materiál prostřednictvím impaktních ejektů, jak slýcháme častěji popisovat jako vztah mezi mladým Marsem a mladou Zemí. Ve skutečnosti to mohla být Venuše a Země, které si tuto výměnu užívaly.
Další zajímavou věcí na rané Venuši je, že mohla mít atmosféru bohatou na kyslík. Došlo k obrovské ztrátě vodíku do vesmíru z vody a co zbylo, je všechen ten kyslík. Slyšeli jsme hodně o tom, že vzestup kyslíku je důležitý pro vývoj složitého života na Zemi. Možná byla Venuše teplá, mokrá planeta s okysličenou atmosférou mnohem dříve než Země.
Problém při přemýšlení o obyvatelnosti Venuše spočívá v tom, že podle konvenčního pohledu voda dlouho nevydržela. Ale pokud voda vydržela miliardy let, stává se to mnohem zajímavější pro možnost biologického vývoje.
Země v budoucnu ztratí své oceány, stejně jako Venuše v minulosti. Jak dlouho si planety udrží své oceány, je funkcí vzdálenosti od Slunce, přičemž všechny ostatní věci jsou stejné. Ale mraky mohou umožnit planetám, aby se držely svých oceánů v bližších vzdálenostech ke Slunci, než se běžně předpokládalo.
U obyvatelných planet obecně platí, že když jsou planety na vnitřním okraji toho, co považujeme za obyvatelnou zónu, mraky možná ztěžují ztrátu oceánů. Pokud si planety na tomto vnitřním okraji udrží své oceány déle, pak je v galaxii více nemovitostí terestrických planet, které si udržují své oceány po biologicky významná časová měřítka.
DOPOLEDNE: Pokud by na Venuši existoval život, řekněme 2 nebo 3 miliardy let, pohřbila by tato událost znovuobjevení všechny důkazy?
DG: Na planetě, jako je Venuše, která byla nedávno geologicky aktivní ve srovnání s planetou jako Mars, je mnohem těžší hledat starověký život, protože aktivní planeta pohřbívá svou minulost. Právě ty věci, které dělají Venuši tak geologicky zajímavou, také činí skutečnou výzvu odhalit její starověkou historii.
Věřím, že známky tam pravděpodobně jsou, jen bude těžší je vytrhnout. Způsob, jak to udělat, je s budoucími misemi, které jsou zaměřeny na pochopení této dávné historie. Ačkoli se zdá, že 80 procent Venuše bylo znovu objeveno někdy za poslední miliardu let, zbylých asi 15 procent tomu tak nebylo. Jsou tam tyto vysokohorské oblasti zvané tesserae, které jsou jednoznačně nejstaršími oblastmi na Venuši. Jsou velmi členitým terénem a mají něco, co vypadá jako dlouhá historie intenzivní tektonické deformace. To jsou místa, o kterých si myslím, že chcete jít hledat známky starověké historie na Venuši.
Jsem silným zastáncem nových misí na Venuši. Musíme opravdu vylézt na povrch a kopat ve skalách a vrtat, abychom zjistili, jaká je mineralogie a jaká je historie zejména starších oblastí. Pak také můžeme provést nová měření atmosféry. Pokud získáme velmi přesná měření izotopů v atmosféře, pak si myslím, že můžeme začít dávat dohromady evoluční historii atmosféry úplnějším způsobem, než tomu bylo doposud.
Nebude to jednoduché, protože Venuše je těžké místo. Je to náročné místo k prozkoumání na povrchu, vzhledem k extrémním podmínkám a také proto, že nedávná geologická aktivita zničila zjevné známky této starší historie. Ale je tam ve skalách, stejně jako na Zemi. Země má relativně mladý povrch. Pokud byste studovali Zemi pouze z vesmíru pomocí orbitálních snímků, bylo by velmi těžké znát její starověkou historii.
DOPOLEDNE: Naše výsledky z pozorování starověkých hornin na Zemi jsou však dost nejednoznačné.
DG: No, jde nám to lépe, než kdybychom tuto schopnost neměli. Nebudu tvrdit, že by to bylo snadné. Ale rád bych měl možnost provádět in situ experimenty na horninách Venuše a případně vrátit vzorky, zejména ze starších oblastí, abychom mohli tyto horniny studovat v pozemských laboratořích. Byla by to náročná mise, ale byl jsem na panelech NASA, které tyto možnosti studovaly, a existují návrhy pro návratové mise z Venuše.
Mimochodem, jeden další důsledek pro obyvatelnost stojí za zmínku. Pokud Venuše kdysi měla život a neexistuje žádný dobrý důvod si myslet, že by nemohla mít, pak se můžeme ptát, co se stalo s tímto životem, když oceány zmizely. Jednou z možností je, že jednoduše vyhynul, jakmile jeho stanoviště zmizelo. Ale život je houževnatý a vysoce přizpůsobivý. Takže si myslím, že je možné, že život na Venuši migroval do atmosférické niky, když povrchová voda vyschla.
Mraky přece obsahují vodu smíchanou s koncentrovanou kyselinou sírovou. To je vysoce spekulativní, ale myslím si, že je možné, že život by mohl existovat i dnes v oblacích Venuše. Nyní víme, že život na Zemi existuje v mracích a také že některým suchozemským organismům se může dařit v extrémně kyselém prostředí. Kromě toho jsou mraky Venuše mnohem stabilnější a souvislejší než poměrně pomíjivé a jemné mraky Země.
Takže z jednoho úhlu pohledu jsou mraky Země extrémnějším prostředím pro život než mraky Venuše. Zdá se to jako běh na dlouhou trať, ale vzhledem k naší extrémní neznalosti života jinde ve vesmíru nevylučujme energetické a stabilní prostředí, jako jsou mraky Venuše, dokud je neprozkoumáme mnohem úplněji.
DOPOLEDNE: Plánují se v současné době nějaké mise na Venuši? Pokud ano, pomohou odpovědět na otázku o minulém nebo současném životě na Venuši?
DG: Evropská kosmická agentura má misi nazvanou Venus Express, která bude na orbiteru. Nebude to řešit problémy s povrchem, ale bude to dělat opravdu zajímavou orbitální vědu.
Abychom se dostali k těmto evolučním otázkám, o kterých zde diskutujeme, nemůžete to udělat z orbiteru. Musíte sondovat v atmosféře izotopy a nakonec se musíte dostat na povrch, jakkoli je to zakazující, dělat tyto druhy experimentů.
Decadal Survey of the NRC Commission vyzval k nové misi na Venuši, která by dělala povrchové a atmosférické vědy in situ. Nazvali to VISE -- Venus In Situ Explorer. Je to jeden z nejvyšších cílů NASA pro příští desetiletí.
Posílat na povrch Venuše cokoli, co přežije dostatečně dlouho na to, aby bylo možné provést měření, stojí hodně, protože to musíte vložit do této nádoby s intenzivním tlakem a musíte se snažit kontrolovat teplotu. Pouhá hodina vědy na povrchu Venuše stojí víc než mise na měsíc na Marsu.
Tento rozhovor je prezentován ve spolupráci s Astrobiology Magazine, webovou publikací sponzorovanou astrobiologickým programem NASA.
