Венера оказалась геологически активной: новые модели показывают, что на планете продолжаются тектонические процессы

Венеру долгое время считали практически неподвижным с геологической точки зрения миром. В отличие от Земли, её поверхность не разделена на систему крупных тектонических плит, которые постоянно перемещаются относительно друг друга. Поэтому считалось, что основные масштабные процессы формирования поверхности Венеры происходили в далёком прошлом, а сегодня планета в основном сохраняет уже сформировавшийся облик.

Новое исследование показывает, что такая картина может быть слишком простой. Анализ крупных рифтовых долин Венеры и их компьютерное моделирование указывают на то, что планета сохраняет активную тектоническую динамику. Более того, некоторые её рифтовые системы могут продолжать расширяться и сегодня.

Это меняет представление не только о современной Венере. Геологически активная планета без привычной земной системы тектонических плит представляет собой важный пример того, каким образом могут развиваться каменистые планеты.

Венера совсем не похожа на Землю — но внутри неё происходит гораздо больше

Венеру часто называют планетой-сестрой Земли. Такое сравнение связано прежде всего с её размерами, массой и каменистым составом.

Но условия на поверхности двух планет сегодня совершенно разные.

Венера обладает чрезвычайно плотной атмосферой, давление у поверхности примерно в 93 раза превышает давление земной атмосферы на уровне моря. Температура поверхности достигает примерно 467 градусов Цельсия, что делает Венеру самой горячей планетой Солнечной системы.

Поверхность скрыта под плотной атмосферой и облаками, содержащими соединения серы. Из-за этого наблюдать происходящие на планете процессы непосредственно гораздо сложнее, чем на Марсе или Луне.

Однако Венера не является геологически безжизненным объектом.

На её поверхности существуют огромные вулканические и тектонические структуры. Среди них — протяжённые рифтовые долины, получившие названия по терминологии планетной геологии «chasmata», или хасматы.

Именно они стали ключом к новым выводам.

Что такое рифтовые долины

Рифт возникает там, где земная кора растягивается и постепенно расходится.

На Земле подобные процессы связаны с движением тектонических плит. Когда части литосферы удаляются друг от друга, в коре формируются трещины, разломы и протяжённые впадины.

Наиболее известный пример — Восточно-Африканская рифтовая система.

Венера устроена иначе. У неё нет земной системы тектонических плит, которые перемещались бы по поверхности планеты.

Поэтому существование огромных рифтов на Венере особенно интересно.

Некоторые из них имеют колоссальные размеры. Отдельные рифтовые системы могут достигать около 10 тысяч километров в поперечнике.

Их размеры показывают, что речь идёт не о локальных трещинах, а о процессах, затрагивающих значительные области планеты.

Почему возраст рифтов оказался важен

Учёные давно знали о существовании венерианских рифтовых долин благодаря данным космических аппаратов.

Особенно большое значение имеют наблюдения, полученные американским аппаратом Magellan, который исследовал Венеру с помощью радиолокации в начале 1990-х годов.

Радиолокационные наблюдения позволили получить подробные карты поверхности планеты даже несмотря на то, что её скрывают плотные облака.

На границах некоторых рифтов находятся широкие возвышенные области, которые называют бортами или флангами рифтов.

Их форма может рассказать о том, как давно происходило растяжение коры.

Если тектонический процесс прекращается, рельеф постепенно изменяется.

Именно скорость этого изменения позволяет оценить возраст структуры.

Венерианский рельеф ведёт себя не так, как земной

На Земле поверхность постоянно подвергается воздействию воды, ветра, льда и других процессов эрозии.

На Венере условия совершенно другие.

Жидкой воды на поверхности сейчас нет, а плотная атмосфера и экстремальные температуры создают совершенно иной механизм изменения рельефа.

Согласно новой модели, после прекращения тектонического движения борта венерианских рифтов начинают быстро терять первоначальную форму.

Кора постепенно расслабляется и проседает.

В результате рифтовые борта становятся более пологими и меняют геометрию.

Это даёт возможность использовать их форму как своего рода геологические часы.

Чем сильнее структура сохранила исходный крутой профиль, тем меньше времени прошло после прекращения её активного формирования.

Первые трёхмерные модели дали новую картину

Исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы воспроизвести развитие нескольких крупных рифтовых систем Венеры.

Особое внимание уделялось трём областям: Ganis Chasma, Dali Chasma и Devana Chasma.

В отличие от более ранних подходов, новая модель учитывала геометрию поверхности в трёх измерениях и позволяла более подробно воспроизводить особенности реальных рифтов.

Это важно потому, что предыдущие модели были значительно упрощены и во многих случаях основывались на двумерном представлении процессов.

Трёхмерный подход позволил лучше сопоставить результаты расчётов с фактической формой венерианского рельефа.

Рифты могут расширяться прямо сейчас

Один из наиболее важных результатов исследования связан со скоростью расширения рифтовых систем.

Моделирование показывает, что некоторые из них могут увеличиваться примерно на 3–10 сантиметров в год.

Это значительно быстрее, чем предполагалось в некоторых прежних моделях.

Такая скорость не означает, что на Венере можно непосредственно наблюдать движение поверхности за несколько дней или месяцев. Для планетной геологии это относительно небольшое перемещение.

Но за тысячи и миллионы лет оно способно создавать структуры планетарного масштаба.

Именно поэтому даже очень медленное движение земной коры или венерианского грунта имеет большое значение для понимания истории планеты.

Что происходит внутри Венеры

Внешний рельеф планеты отражает процессы, происходящие глубже.

Внутри Венеры находится горячая мантия, которая медленно перемещает вещество вследствие внутренних тепловых процессов.

Эти движения могут создавать напряжения в коре.

Если горячее вещество поднимается из глубины, оно способно растягивать и деформировать расположенную над ним кору.

На Земле такие процессы тесно связаны с тектоникой плит.

На Венере механизм отличается.

Здесь кора не разделена на крупные подвижные плиты, однако это не означает, что она полностью неподвижна.

Венера может быть активной без тектоники плит

Это один из наиболее интересных выводов.

Земная тектоника основана на движении крупных плит литосферы. Они сталкиваются, расходятся и перемещаются относительно друг друга.

Венера такой системы не имеет.

Но движение вещества внутри планеты всё равно может деформировать её поверхность.

Получается принципиально иной тип геологической активности.

Венера может сохранять внутреннее тепло и перерабатывать свою кору без существования земной системы тектонических плит.

Это особенно важно для сравнительной планетологии.

Вулканизм также остаётся частью современной Венеры

Рифтовые долины — не единственный признак активности.

Исследования последних лет также указывают на существование современных или относительно недавних вулканических процессов на Венере.

Некоторые изменения поверхности, обнаруженные при сравнении радиолокационных данных, интерпретировались как признаки продолжающейся вулканической активности.

Таким образом, новая картина Венеры складывается из нескольких независимых признаков.

Планета имеет вулканические структуры, крупные рифты и внутреннюю динамику, способную деформировать кору.

Всё это плохо согласуется с представлением о полностью «мёртвой» Венере.

Почему раньше было трудно доказать активность

Главная проблема заключается в том, что Венера очень плохо подходит для непосредственных наблюдений.

Её плотная атмосфера закрывает поверхность в видимом диапазоне.

Космический аппарат не может просто сфотографировать венерианский рельеф с орбиты обычной камерой так же, как это происходит с Марсом.

Для изучения поверхности используются радиолокационные методы.

Кроме того, большинство аппаратов, которые достигали поверхности Венеры, работали недолго из-за экстремальной температуры и давления.

Поэтому у исследователей значительно меньше прямых данных о современной геологии Венеры, чем о геологии Земли или Марса.

Magellan стал основным источником данных о рельефе

Американская автоматическая станция Magellan сыграла огромную роль в изучении Венеры.

Аппарат работал на орбите планеты с 1990 по 1994 год.

Его радиолокатор позволил получить глобальные карты поверхности с гораздо более высокой детализацией, чем существовавшие ранее данные.

Эти карты стали основой для многочисленных исследований венерианской геологии.

Но существует важное ограничение.

Большая часть информации была получена в относительно короткий период.

Если структура на поверхности перемещается всего на несколько сантиметров в год, её непосредственное изменение трудно обнаружить по данным одного поколения космических аппаратов.

Поэтому учёным приходится восстанавливать динамику по форме геологических структур.

Геология Венеры работает как историческая запись

Рельеф планеты можно сравнить с архивом.

Горы, долины, разломы и вулканические образования сохраняют информацию о событиях, происходивших миллионы лет назад.

Проблема состоит в том, чтобы правильно интерпретировать эту информацию.

Например, крутой склон может означать, что структура сравнительно молодая, но это необходимо проверить с помощью физических моделей.

Именно такой подход применили исследователи.

Они сначала воспроизвели формирование рифтов в модели, а затем изучили, насколько быстро их форма должна изменяться после прекращения движения.

Полученные результаты удалось сопоставить с реальными структурами на Венере.

Рифтовые системы могут быть относительно молодыми

Предыдущие исследования предполагали, что многие крупные рифтовые структуры сформировались более 100 миллионов лет назад.

Но точный возраст оставался неопределённым.

Новые модели дают возможность по-другому оценивать состояние этих систем.

Если рифтовый борт быстро сглаживается после прекращения активности, хорошо сохранившаяся структура может свидетельствовать о сравнительно недавнем движении.

Это не означает, что все рифты Венеры образовались недавно или что все они активны сейчас.

Речь идёт о том, что часть этих структур может быть значительно моложе, чем предполагалось ранее, а некоторые процессы могли продолжаться до геологически недавнего времени.

Венера становится важнее для изучения других планет

Причина интереса к современной геологии Венеры выходит далеко за пределы одной планеты.

Астрономы уже обнаружили тысячи экзопланет, включая множество каменистых миров.

Для большинства из них невозможно получить подробные изображения поверхности.

Учёные вынуждены изучать атмосферу и косвенные признаки активности.

Венера представляет собой уникальную лабораторию.

Это каменистая планета, находящаяся рядом с Землёй, которую можно исследовать космическими аппаратами.

Если мы поймём, как она развивалась, это поможет лучше интерпретировать данные о далёких мирах.

Почему «похожая на Землю» планета может стать совершенно другой

Земля и Венера сформировались в одной внутренней части Солнечной системы и имеют близкие размеры.

Но их дальнейшая история пошла по совершенно разным путям.

Земля сохранила океаны, умеренный климат и активную систему тектонических плит.

Венера превратилась в чрезвычайно горячий мир с плотной атмосферой.

Понимание её внутренней активности помогает ответить на вопрос, почему две близкие по размерам каменистые планеты оказались настолько разными.

Особенно важно понять, какую роль играют внутреннее тепло, вулканизм, состав коры и движение вещества в мантии.

Это важно и для понимания обитаемости

Когда астрономы исследуют экзопланету, находящуюся в потенциально обитаемой зоне своей звезды, одного расстояния до звезды недостаточно.

У планеты могут быть подходящие размеры и температура, но совершенно другая геологическая история.

Внутренняя активность влияет на атмосферу.

Вулканизм способен выбрасывать газы.

Движение коры влияет на перераспределение химических элементов.

Тепловая эволюция определяет, насколько долго планета может сохранять геологическую активность.

Поэтому Венера является важным примером того, что «каменистая планета» ещё не означает «похожая на Землю планета».

Венерианские рифты могут стать целями будущих миссий

Новое исследование имеет и практическое значение.

Если учёные смогут определить районы, где геологические процессы продолжаются, именно они будут особенно интересны для будущих космических аппаратов.

Там можно искать признаки современной деформации поверхности, вулканической активности и взаимодействия между корой и внутренними слоями планеты.

Это позволит перейти от изучения древнего рельефа к непосредственному исследованию современной геологии Венеры.

Будущие аппараты смогут проверить эти выводы

В ближайшие годы интерес к Венере будет расти.

NASA и Европейское космическое агентство готовят новые миссии к планете.

Одной из наиболее важных станет европейская миссия EnVision, запуск которой запланирован на 2030-е годы.

Её задача — комплексное изучение Венеры, включая атмосферу, поверхность и внутреннее строение, а также связи между этими компонентами.

Новые данные позволят проверить, насколько хорошо компьютерные модели описывают реальные процессы.

EnVision сможет дополнить старые карты

Главное преимущество будущих наблюдений заключается в возможности получить более современные и подробные данные о поверхности.

Сравнение новых радиолокационных наблюдений с картами Magellan позволит искать изменения, которые произошли за несколько десятилетий.

Для геологических процессов это очень короткий промежуток времени.

Тем не менее современные инструменты могут быть достаточно чувствительными, чтобы обнаружить некоторые изменения.

Если такие изменения будут обнаружены, это станет прямым подтверждением современной активности Венеры.

Почему даже отсутствие обнаруженных изменений будет полезным

Научное значение будущих миссий не зависит от того, подтвердят они или опровергнут конкретную модель.

Если активность окажется слабее ожидаемой, это поможет ограничить возможные сценарии внутреннего развития планеты.

Если изменения будут обнаружены, учёные получат прямое подтверждение продолжающейся геологической активности.

В обоих случаях новые наблюдения улучшат понимание Венеры.

Планета может быть активнее, чем казалось

Самое важное изменение в нынешней картине заключается не в том, что Венера внезапно стала геологически активной.

Учёные уже давно находили признаки вулканизма и тектонических процессов.

Новое исследование укрепляет эту картину и показывает, что процессы, формирующие поверхность планеты, могут происходить значительно динамичнее, чем предполагалось.

Рифты способны расширяться со скоростью несколько сантиметров в год, а их борта после прекращения движения сравнительно быстро меняют форму.

Это означает, что современная Венера — не просто горячий остаток далёкого прошлого.

Её внутреннее тепло по-прежнему проявляется на поверхности.

Венера остаётся «сестрой» Земли, но очень необычной

Сходство двух планет по размерам не означает одинаковой геологической судьбы.

Земля показывает один вариант эволюции каменистого мира — с океанами и тектоническими плитами.

Марс демонстрирует другой — небольшую планету, которая потеряла большую часть своей атмосферы и поверхностной воды.

Венера представляет третий путь.

Это крупная каменистая планета с плотной атмосферой, экстремальной температурой и корой без земной системы тектонических плит, но при этом с продолжающейся внутренней активностью.

Именно наличие таких различий делает Венеру особенно ценной для планетной науки.

Что новая работа меняет в представлениях о Венере

Главный вывод состоит в том, что Венеру нельзя рассматривать как полностью застывшую планету.

Её рифтовые системы сохраняют признаки тектонической активности, а моделирование показывает, что некоторые из них могли расширяться со скоростью примерно 3–10 сантиметров в год.

Компьютерные расчёты также объясняют, почему форма рифтовых бортов постепенно меняется после прекращения движения.

Эти результаты согласуются с данными радиолокационных наблюдений поверхности и указывают на более динамичное внутреннее строение Венеры.

В будущем новые миссии должны позволить проверить эти выводы непосредственно.

И тогда Венера может окончательно перестать выглядеть как геологически мёртвый мир. Под её плотной атмосферой и экстремально горячей поверхностью продолжаются процессы, которые связывают сегодняшнюю планету с её далёким прошлым и одновременно помогают понять, как вообще развиваются каменистые миры — от планет Солнечной системы до далёких экзопланет.

 

Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com