De neste Venus-oppdragene vil fortelle oss om beboelige verdener andre steder

NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech, og NASA

Da DAVINCI+- og VERITAS-oppdragene til Venus var gitt grønt lys av NASA forrige uke , var det vitenskapelige samfunnet lamslått. De fleste hadde forventet at NASA, som ikke hadde lansert et dedikert oppdrag til Venus på 30 år, ville sende minst ett oppdrag til den andre planeten fra solen innen slutten av tiåret. To oppdrag satte imidlertid alle i tankene.

Kanskje forutså NASA noe vi bare pakker hodet rundt: DAVINCI+ og VERITAS vil ha en enorm innvirkning, ikke bare når det kommer til utforskning av Venus og solsystemet, men også når det kommer til vår forståelse av beboelige, livbærende verdener utenfor selve solsystemet vårt.

Etter hvert som våre eksoplanetfunn fortsetter å hope seg opp (og vi har sett over 11 000 mulige eksoplaneter så langt) må vi finne ut om en planet på størrelse med jorden er mer sannsynlig å se ut som jorden, eller mer sannsynlig å se ut som Venus. Vi vet ikke hvilket av disse utfallene som er det forventede eller sannsynlige, sier Paul Byrne, en planetarisk forsker ved North Carolina State University. Og for å finne ut det må vi forstå Venus mye bedre.

De fleste forskere er enige om at alle beboelige eksoplaneter må ha vann.

Med overflatetemperaturer på 471 °C og overflatetrykk 89 ganger verre enn jordens, virker det umulig at vann en gang kan ha eksistert på Venus. Men Venus og Jorden er omtrent like store, samme alder, og vår beste gjetning er at de er laget av sammenlignbare materialer og ble født med svært like startforhold. Venus er 30 % nærmere solen enn Jorden, noe som er betydelig, men ikke overveldende. Og likevel etter 4,5 milliarder år har disse to planetene klart seg veldig forskjellig.

Faktisk er det stadig flere bevis på at Venus kan ha vært hjemmet til vann for lenge siden. Pioneer Venus-oppdragene som ble lansert i 1978 gjorde noen fristende målinger av deuterium-hydrogen-forholdet i atmosfæren, noe som tyder på at Venus hadde mistet tonnevis med vann over tid. Men vi har aldri hatt et skikkelig oppdrag som kunne studere denne historien om vannet på Venus, se etter eldgamle vannstrømningstrekk på overflaten, eller forstå om det hadde den typen geologiske og klimatologiske forhold som er avgjørende for vann og for beboelige forhold .

Det kan ha vært to beboelige verdener side om side i en ukjent tid i solsystemet vårt, sier Giada Arney, nestleder for DAVINCI+. Selv om Venus er ubeboelig i dag, betyr det faktum at det kan ha vært beboelig på et tidspunkt at det ikke alltid var bestemt for en så helvetes skjebne hvis omstendighetene brøt litt mer gunstig.

Og det er gode nyheter for hvordan vi vurderer fjerne eksoplaneter. Ser vi utover solsystemet, kan dette også tyde på at beboelige planeter er mer vanlige enn vi tidligere forventet, sier Arney.

Det er to ledende teorier for hva som skjedde med Venus - og de har begge implikasjoner for hva vi kan forvente på andre eksoplaneter. Den første, i samsvar med våre nåværende, men begrensede observasjoner, er at Venus startet som et varmt rot fra starten og aldri ga etter. Se, jo nærmere en planet går i bane rundt vertsstjernen sin, jo mer sannsynlig er det at den roterer sakte (eller til og med tidevannslåst der den ene siden permanent vender mot stjernen, som om månen er rundt jorden).

Langsomme rotatorer som Venus har generelt vanskeligere for å opprettholde et globalt klima som er kjølig og behagelig - og en stund ble det antatt at dette sannsynligvis var det som drev Venus til å bli varm og uutholdelig. Solens stråler bombarderte planeten med varme, og en damprik atmosfære kondenserte aldri til flytende vann på overflaten. I mellomtiden fungerte karbondioksid, vann og svoveldioksidgasser i luften som drivhusgasser som bare tjente til å fange all den varmen. Og slik ble det i 4 milliarder år, gi eller ta.

Så er det en ny teori som nylig er utviklet av Michael Way og andre ved NASAs Goddard Institute for Space Studies. Den modellen viser at hvis du gjør noen små justeringer i disse planetenes klima, kan de utvikle halvkulelange skyformer som konsekvent vender mot vertsstjernen, reflekterer mye stjernevarme . Som et resultat forblir en planet som Venus temperert og atmosfærisk damp kondenserer til flytende hav på overflaten. Ways arbeid viser at når du når dette punktet, kan planeten selvregulere temperaturen så lenge andre jordlignende prosesser som platetektonikk (som hjelper til med å fjerne karbondioksid fra atmosfæren) kan redusere oppbygging av drivhusgasser.

Det er en komplisert hypotese, full av forbehold. Og hvis Venus er bevis på at langsomme rotatorer kan utvikle mer beboelige forhold, er det også bevis på at disse forholdene er skjøre og potensielt flyktige. Folk som kjøper inn Ways modell tror at det som sannsynligvis skjedde på Venus er at en enorm mengde vulkansk aktivitet overveldet planeten med karbon og snudde atmosfæren til 96 % karbondioksid, og overstyrte det lettelse platetektonikk kunne gi.

Og likevel er det en hypotese verdt å teste gjennom DAVINCI+ og VERITAS, for som Arney påpeker, er mange av de potensielt beboelige eksoplanetene vi har oppdaget sakte rotatorer som går i bane rundt stjerner med lav masse. Fordi disse stjernene er svakere, må planeter vanligvis gå i bane rundt dem i nærheten for å motta nok varme til å tillate dannelse av flytende vann. Hvis de danner halvkulelange skyer, kan de være i stand til å bevare beboelig klima. Den eneste måten vi for øyeblikket kan undersøke om denne hypotesen gir mening er å først se om det kan ha skjedd på Venus.

Men før vi kan bruke Ways modell på andre eksoplaneter, må vi finne ut om den forklarer Venus. DAVINCI+ vil gå ned i Venus og direkte undersøke atmosfærens kjemi og sammensetning, samt avbilde overflaten på vei ned. Den skal kunne samle inn den typen data som hjelper oss med å fortelle oss om Venus virkelig var våt tidligere i livet, og også gi mer informasjon om klimahistorien og om en halvkulelang sky virkelig kunne ha blitt dannet.

VERITAS orbiter vil undersøke planetens geologi, ta bilder med høy oppløsning gjennom radarobservasjoner som kan være i stand til å oppdage bevis på terreng eller landformer skapt av vannstrømmer eller forbi tektonikk. Det mest spennende målet kan være tesseraen: sterkt deformerte høylandsregioner som antas å være de eldste geologiske egenskapene på planeten. Hvis VERITAS oppdager bevis på eldgamle hav – eller i det minste, av den typen geologisk aktivitet som kunne ha holdt planeten mer temperert for lenge siden – vil det støtte oppfatningen om at andre sakteroterende eksoplaneter kan oppnå de samme forholdene.

Å tenke på at de går sammen gjør det virkelig til et komplementært megaoppdrag, sier Lauren Jozwiak, en planetarisk forsker ved Johns Hopkins Applied Physics Laboratory som jobber med VERITAS-oppdraget. Denne ideen om at du vil både gjøre geologisk kartlegging og atmosfærisk sondering har vært kjernen i hvordan du ønsker å undersøke Venus, sier Jozwiak.

Til syvende og sist, hvis Venus alltid var ubeboelig, så har årsaken sannsynligvis å gjøre med dens nærhet til solen. Så enhver eksoplanet av lignende størrelse som er proporsjonalt nær sin egen stjerne, vil sannsynligvis være som Venus. Og vi ville være bedre å fokusere flere undersøkelser på eksoplaneter som er lenger unna stjernene deres.

På den annen side, hvis Venus hadde en periode med avkjøling før den ble til en permanent ovn, betyr det at vi bør ta Venus-sonens eksoplaneter på alvor, siden de fortsatt kan være beboelige. Det antyder også at faktorer som platetektonikk og vulkanisme spiller en kritisk rolle i å formidle beboelige forhold, og vi må finne måter å undersøke disse tingene på i fjerne verdener også.

Jo mer vi grubler over hva DAVINCI+ og VERITAS kan oppnå, jo mer virker det som om vi faktisk undervurderer hvor begeistret vi burde være. Disse neste oppdragene vil fullstendig endre hvordan vi tenker om både Venus og planetdannelse generelt, sier Jozwiak. Det er en spennende tid å finne ut om Venus er «den ene og fremtidige jorden».

gjemme seg