Якщо дослідження планет і навчило нас чомусь, так це тому, що закон Мерфі – «все, що може піти не так, піде не так» – працює в усій Сонячній системі. Але є одна планета, яка ще більш вирізняється з-поміж інших своїми химерностями: Венера.
І тут немає нічого дивного. Венеру важко досліджувати, не кажучи вже про висадку на неї. Токсичне середовище планети насичене сірчаною кислотою, а тиск на поверхні в 90 разів перевищує нормальний тиск на рівні поверхні земного океану. Тобто на Венері об’єкти піддаються такому тиску, який можна порівняти з 900 метрами океанської глибини. Температура тут сягає 482 градуси за Цельсієм. І кожні чотири дні цунамі в атмосфері створює фронт ураганних вітрів, що проносяться по всій планеті.
Попри ці очевидні виклики, космічні апарати, які наважилися здійснити посадку на суворі рівнини Венери, відкрили нам планету набагато складнішу та цікавішу. Хоча Венера на третину ближча до Сонця, ніж Земля, це не може пояснити драматичні відмінності між нашими двома світами. А величезний океан атмосфери та надзвичайне середовище Венери мають важливе значення для нашого розуміння таких питань, як зміна клімату та екстремальні погодні умови на Землі.
Всупереч закону Мерфі – а можливо, саме завдяки йому – вчені наближаються до розуміння того, що змушує планету-сестру Землі існувати.
Вода, всюди вода?
Першим зондом, який пролетів повз Венеру, був Марінер 2 у 1962 році. Він зафіксував надзвичайно високу температуру атмосфери, яка підтвердила, що планета стала жертвою парникового ефекту, який колись вийшов з-під контролю. Але в 1978 році місія NASA Pioneer Venus Multiprobe знайшла докази того, що здавалось неможливим. Висушена, пустельна планета, можливо, колись мала океани, що омивали її древній рельєф.
Це революційне відкриття сталося ненароком. Коли великий зонд відокремився від головного космічного апарату і спускався у венеріанській атмосфері, краплина вологи з хмар закоркувала впускний отвір приладу. Хоча ця крапля завадила провести багато вимірювань навколишнього середовища протягом решти спуску, дослідники змогли ретельно дослідити її склад.
Вони виявили, що краплина багата на дейтерій – ізотоп водню з додатковим нейтроном. Дейтерій є досить рідкісним ізотопом, приблизно 1 на кожні 6500 нормальних атомів водню на Землі. Завдяки цьому співвідношенню, вчені можуть дізнатися про історію водню. Це працює і на Венері. Там дейтерію приблизно в 100 разів більше, ніж на Землі. Деякі дослідники вважають, що колись на Венері було набагато більше звичайного водню – найімовірніше, у вигляді води та океанів з неї. Коли сонячне випромінювання протягом століть обпалювало Венеру, звичайний водень, легший за свій ізотоп, відлетів у космос, що змістило співвідношення у бік дейтерію.
Венера й Земля зародилися неподалік одна від одної всередині сонячної туманності. Обидва світи, напевно, утворилися з приблизно однакових структурних елементів. Як пише астробіолог Девід Грінспун з Інституту планетарних наук у Тусоні, штат Аризона, у книзі «Чужі моря» (Alien Seas, Springer, 2013), «якщо тільки певний надзвичайно ефективний процес не осушив Венеру повністю, то на початку її існування на ній було більше води, можливо, навіть більше води, ніж у земному океані – певне, разів у 10».
Інші докази існування океанів у минулому отримав совєтський зонд Венера 8, який здійснив посадку на рівнину Navka Planitia у 1972 році. Космічний апарат мав на борту гамма-спектрометр, який зробив виміри повітря під час спуску, а також зробив два виміри коштовних мінералів з поверхні. Прилад виявив калій, уран і торій – коктейль елементів, які також зустрічаються в граніті. Інфрачервоні знімки, отримані під час наступних місій, також дозволили виявити ознаки саме гранітних гір. Граніт утворюється за наявності води, що робить його можливим свідченням існування давніх морів у епоху з помірнішим кліматом.
Протягом решти десятиліття і до середини 1980-х років Інститут космічних досліджень Радянського Союзу відправив цілу армаду посадкових зондів і орбітальних апаратів для подальшого вивчення цього явища. Багато з цих зондів на собі відчули всю потужність постулатів закону Мерфі.
Посадкові апарати Венера 9 і 10 удосконалили порівняно з попередніми апаратами, але в обох випадках кришки об’єктивів одної з камер заклинило. Обидва апарати були оснащені задньою і передньою камерами, тому вони все ж змогли передати перші вражаючі зображення з поверхні іншої планети. Інженери виготовили нові прокладки для камер на Венері 11 і 12. Вони працювали надто добре. Тепер вже кришки всіх камер заклинило, тож апарати-близнюки не змогли передати жодного зображення. Виявилося, що тиск повітря ззовні був вищим, ніж всередині герметичних камер, тому різниця тиску просто утримувала кришки на місці. Пізніші конструкції мали кращу герметизацію, що дозволило отримати надзвичайні повноколірні зображення на 360 градусів.
Але навіть справні кришки об’єктивів ставали причиною казусів. Після посадки на мальовничий ландшафт з розбитого дрібнозернистого шаруватого каменю кришки об’єктивів Венери 14 успішно відлетіли. Задня панорамна камера зафіксувала, що кришка об’єктива опинилася на плитах скелі, які перепліталися між собою. Але на зображенні спереду здавалося, що кришка зникла. Потім шоковані інженери помітили її. Вона лежала прямо під підпружиненим щупом, який мав досліджувати твердість ґрунту. Вони не мали змоги змінити положення цього щупа, тож Венера 14 перетнула внутрішню частину Сонячної системи лише для того, щоб виміряти твердість кришки її об’єктива!
Іноді люди самі докладали певних зусиль до майбутніх невдач. Під час проєктування кольорових камер Венери 13 і 14 радянські дослідники виготовили спеціальні фарби, які могли зберігати свій колір навіть за температури 482 градусів за Цельсієм. Їх розмістили в полі зору камери для калібрування кольорових зображень. У ті часи радянська система була розділена на два відомства: інженери, які досліджували та розробляли місію, та інше міністерство, яке виготовляло обладнання. На промислових підприємствах останнього були «скриньки для пропозицій», куди робітників заохочували вносити пропозиції щодо поточних проєктів. Один креативний працівник заводу у своєму зверненні зауважив, що міністерство платить неймовірні суми за екзотичні фарби, коли на заводі є дешевша та легкодоступна. Спецфарбу замінили звичайною, а працівника винагородили за його раціоналізаторський внесок. На жаль, як і прогнозували інженери, фарба одразу ж втратила колір у венеріанських умовах.
Атмосферна аномалія
Варто відзначити, що найбільш інтригуючі випадки прояву закону Мерфі спіткали не тільки радянські, а й американські зонди. Дослідники NASA назвали це 12,5-кілометровою аномалією Pioneer Venus: дивне явище, яке вразило чотири зонди з армади Pioneer Venus, коли вони одночасно спускалися крізь густу атмосферу Венери. На висоті близько 12,5 кілометрів, вже нижче рівня хмар планети, про які тоді знали, на всіх чотирьох зондах стався стрибок напруги, хоча вони летіли за тисячі кілометрів один від одного, деякі з них – у денному світлі, а деякі – в нічних регіонах. Це викликало зрив в роботі приладів, які зафіксували химерні показники температури й тиску. Багато приладів повністю вийшли з ладу, втративши цінні дані. Що ж відбувалося в цих хмарах кислоти, схожої на ту, що використовують в акумуляторах?
Деякі інженери стверджують, що стрибки напруги виникли через особливості конструкції самих Піонерів. У звіті NASA за 1993 рік зазначалося, що «всі аномальні події тепер можна пояснити» несправністю ізоляційного матеріалу. Захисна високотемпературна ізоляційна стрічка Каптона тестувалася в камерах, що імітували умови Венери, і виявилася придатною для ізоляції проводки зовнішніх датчиків зондів. Але технічні фахівці вирішили посилити зовнішні з’єднання, використавши кайнар (полівінілфторид), різновид термоусадкової плівки, яка не пройшла таких випробувань, як кайнарова стрічка. Коли ця плівка нагрілася до 327 градусів за Цельсієм, вона могла вивільнити корозійні пари фтористого водню, які розчинили кайнарову ізоляцію, що спричинило коротке замикання з’єднань.
Команда дослідників пояснює це тим, що на Венері, як і на Землі, температура падає з висотою. Низинні рівнини на Венері киплять при пекучих 467 градусах за Цельсієм, тоді як блискучі височини охолоджуються до комфортних 387 градусів за Цельсієм. І за високого тиску на Венері певні метали, які перебувають) у вигляді пари в низинах, можуть мігрувати на вищі ділянки, конденсуватися, охолоджуючись, і навіть накопичуватися на поверхні у вигляді «снігу».
Йдеться про широкий спектр металів, зокрема хлор, фтор і сірку. Серед інших цікавих претендентів – сульфід свинцю, вісмут, хромоподібний метал телур і пірит заліза (так зване золото дурнів). Ці метали також конденсуються приблизно на тій самій висоті, що й зафіксована аномалія Pioneer Venus. Якщо вони конденсувалися на поверхнях усіх цих зондів, то могли б спричинити безліч збоїв і тимчасових стрибків напруги – та, безумовно, стали б ще однією кулею в обоймі закону Мерфі.
Повість про два світи
На щастя, відповіді на цю та інші загадки можуть з’явитися вже в найближчі роки. Дослідники та космічні агентства готують нову хвилю місій на Венеру, запуск яких запланований на початок 2030-х років. Серед них – орбітальний апарат Європейського космічного агентства EnVision, орбітальний апарат NASA VERITAS та місія NASA DAVINCI, яка складатиметься з орбітального апарату та атмосферного зонда – першого апарату, який ризикне зануритися в атмосферу негостинної планети з часів польоту пари радянських аеростатів Вега у 1985 році. VERITAS – це абревіатура від Venus Emissivity, Radio science, InSAR, Topography, And Spectroscopy (Випромінювальна здатність, радіологія, InSAR, топографія та спектроскопія Венери). InSAR, або інтерферометричний радар із синтезованою апертурою, – це радіолокаційний інструмент для картографування місцевості. DAVINCI розшифровується як Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging (Дослідження інертних газів, хімічних речовин та отримання зображень у глибоких шарах атмосфери Венери).
Венера не проста примхлива сусідка Землі. Тут на розпеченій поверхні оповитої кислотними хмарами планеті схований нетлінний заповіт для людства. Вчені та політики усвідомили, що Венера є дзеркалом, яке може допомогти нам зрозуміти деякі глибокі істини про нашу власну планету, зокрема, щодо глобального потепління та виснаження озонового шару. Вона слугує кліматичною лабораторією, обсерваторією екстремальних погодних умов і пересторогою – похмурим прикладом того, що може статися з нашим крихким світом. Своєю негостинністю Венера можливо допоможе нам краще розпоряджатися земними ресурсами та довкіллям і не допустити зміни нашого поміркованого світу на такий, який має наша сусідка-близнючка. Хоча закон Мерфі не шкодує космічні апарати, не треба перевіряти його непохитність на нашій планеті.
Як Венера врятувала нашу шкіру
На початку 1970-х років вчені намагалися зрозуміти, чому у венеріанській атмосфері домінує вуглекислий газ. Завдяки цій роботі планетологи, такі як Майкл Макелрой з Гарвардського університету, усвідомили важливість каталітичних реакцій за участю хімічних речовин, зокрема хлору, в атмосфері Венери, який вступає в реакцію з озоном і руйнує його. У квітні 1974 року Макелрой став співавтором статті, в якій попереджав, що хлор, який виділяється з вихлопних газів під час запуску космічного шаттла NASA, може загрожувати озоновому шару Землі, який захищає нас від шкідливого ультрафіолетового випромінювання.
Всього через два місяці пара хіміків з Каліфорнійського університету в Ірвіні, Маріо Моліна і Шервуд Роуленд, незалежно один від одного виявили набагато більше джерело хлору: хлорфторвуглеці (ХФВ), які широко використовувалися в промисловості як холодоагенти, інсектициди, аерозолі для розпилювачів і т.д. Їх роботу було опубліковано в журналі Nature.
На рівні моря ХФВ стабільні та нетоксичні. Але коли вони дрейфують вище в атмосфері Землі, ультрафіолетові промені Сонця розщеплюють їх, і хлор, що утворюється, руйнує озон через каталітичні реакції – той самий процес, який група Макелроя виявила на Венері. Застосувавши моделі циркуляції атмосфери, які Макелрой та його колеги розробили для Венери, Моліна і Роуланд дійшли висновку, що ці хімічні речовини можуть зберігатися в атмосфері до 150 років.
Ми несвідомо створили передумови для перетворення Землі на вогнище загибелі, як наче рак шкіри може вразити всю планету. В результаті утворилася антарктична озонова діра, яку відкрили британські дослідники у 1985 році.
Хороша новина полягає в тому, що уряди й промисловість вжили заходів для скорочення використання ХФВ у всьому світі, і озонова діра зараз зменшується. У звіті ООН за січень 2023 року зазначається, що рівень озонового шару в Антарктиці, як очікується, повернеться на рівень 1980 року вже до 2066 року.
За авторством Майкла Керролла