Летом 1761 года Михаил Ломоносов, наблюдая за Венерой в телескоп, обнаружил, что там есть атмосфера. С этого момента можно вести отсчет исследований планеты. Что удалось узнать, какие остаются загадки и есть ли жизнь на Венере — рассказывает Дмитрий Горинов, научный сотрудник Института космических исследований Российской академии наук, кандидат физико-математических наук.

Беседовала Наталья Лескова

— Как Ломоносову удалось распознать атмосферу?

— Михаил Васильевич оставил развернутый труд о своих наблюдениях прохождения Венеры по диску Солнца. Это явление достаточно редкое и случается пару раз за жизнь человека.

— То есть ему просто повезло это увидеть?

— Ему, безусловно, повезло, что он в расцвете своей научной деятельности занимался астрономическими наблюдениями, но в принципе это явление тогда уже умели предсказывать. И в нужный момент Ломоносов навел телескоп с фильтром на Солнце и проследил, как по диску проходит черная точка. Ломоносов нарисовал, как при этом появляется то, что он сам назвал словом «пупырь». Это такое оптическое явление, когда внешняя оболочка вокруг этой черной точки как бы надувается. У него это очень красиво изображено, и он правильно идентифицировал это явление как наличие атмосферы. Причем он даже написал, что эта атмосфера едва ли не больше, чем у Земли, что тоже правильно: у Венеры действительно она гораздо более массивная.

— Он ведь пошел дальше и предположил, что на Венере могут быть живые существа?

— Он обтекаемо написал, что если кто хочет узнать, есть ли там живые существа и какой они веры, то пусть для этого поедет на Венеру.

— Хорошая рекомендация. Ей будто последовали создатели советских венерианских аппаратов. Что это была за программа?

— Программа вполне естественная, поскольку появилась возможность доставлять космические аппараты не только на орбиту Земли, но и дальше. Первый рубеж у нас Луна, а две ближайших планеты — Венера и Марс. Венера ближе. Первый аппарат, запущенный к другой планете с Земли в 1961 году, за два месяца до полета Гагарина,— это «Венера-1».

В первые десятилетия использовалось почти каждое окно запуска, причем запускали по два аппарата. Суммарно Венеры или ее окрестностей достигли 18 советских аппаратов.

Это была целая череда успехов: первый спуск в атмосферу с передачей данных, первая посадка, первое измерение состава атмосферы, прямые измерения всего, что можно измерить, в том числе условий на поверхности, первые фотографии черно-белые и цветные, бурение поверхности, анализ проб грунта. Мы знаем, что условия на Венере адские — температура 460 градусов по Цельсию и давление 93 атмосферы. И в таких условиях была произведена фотосъемка и передача фотографий на Землю.

— Как это удалось?

— Это была выдающаяся инженерная задача: нужно было сделать камеры, которые бы работали в условиях Венеры. Нужно было не впустить внутрь посадочного аппарата большое количество тепла, чтобы не перегреть аппаратуру. В специальных перископах находились сканеры, которые фотографировали на 180 градусов вокруг себя, в результате получая панораму в 360 градусов.

Еще одно серьезное инженерное достижение тех экспедиций — полученные пробы грунта. При тех же условиях должна была работать бурильная установка, которая просверливает грунт, берет пробу и доставляет ее внутрь, чтобы проанализировать с помощью научных приборов.

И третье советское достижение — «Веги», до сих пор единственные аэростаты, которые летали за пределами Земли в атмосфере другой планеты. Был создан фактически бесперебойный конвейер по доставке научной аппаратуры на другую планету. Надо сказать, что это проще, чем высаживаться на Марс.

— Почему? Там же огромная температура и давление.

— Как ни удивительно, такое давление нам помогает, потому что атмосфера плотная, и для посадки не нужно прибегать к каким-то очень сложным ухищрениям. На Марсе разреженная атмосфера, на Луне ее вообще нет, и там нужно очень точно, четко включать тормозные двигатели в нужный момент, иначе аппарат просто разобьется. На Венере важно срабатывание парашютов в начале процесса, а дальше, поскольку атмосфера плотная, аппарат просто погружается в нее, и ему не нужны тормозные двигатели и парашюты: он снижается на своем собственном тормозном щитке.

— Эта программа завершилась в конце 1980-х, когда стало не до космоса?

— Интерес начал угасать раньше — несмотря на то что на Венере непаханое поле фундаментальных научных вопросов. Но в этом не видели практической пользы. Стало совершенно понятно, что мы не переселимся на Венеру, ее нельзя использовать для каких-то таких скоротечных практических прибылей.

Что и зачем запускают в космос и что из этого выйдет

Первые исследования делались при тщательном наблюдении со стороны военных. И наши «Венеры», и американские «Маринеры» — это все финансировали из бюджетов, в том числе оборонных, потому что это была территория непознанного. Тратились огромные средства, но потом выяснилось, что, кроме решения научных задач, там делать нечего. А на науку у нас, как известно, денег тратится немного. Даже удивительно выглядит тот факт, что в 1970–1980-е Советский Союз еще продолжал регулярно отправлять туда аппараты — во многом это личная заслуга академика Мстислава Келдыша, который отстаивал интересы фундаментальных космических исследований. И нам сегодня есть чем гордиться.

— Можно ли сказать, что сейчас мы переживаем новый виток интереса к Венере?

— Конечно, сейчас интерес к космосу не такой, как в 1960-е. Я не вижу широкого общественного энтузиазма. Но можно сказать, что для научного сообщества это действительно ренессанс интереса к Венере. Последние лет 30 главной целью был Марс. Его мы изучили вдоль и поперек. Уже знаем практически все, кроме, может быть, недр. Вопросы о внутреннем строении Марса остались.

— Но мы до сих пор не знаем, есть ли там, в ледяных шапках, какие-то бактерии, которые могут представлять собой марсианские формы жизни.

— Точного ответа на этот вопрос пока нет, но в исследованных материалах серьезных биомаркеров не нашли. Если там есть какая-то экосистема, значит, должны быть сложные органические молекулы, но их нет.

— А что по этой части с Венерой?

— Наш сотрудник Леонид Ксанфомалити в свое время писал о том, что на поверхности Венеры наблюдаются движущиеся объекты. В отношении к этому есть определенный скепсис, связанный с методами обработки изображений. Но многие забывают, что Леонид Ксанфомалити — первооткрыватель молний на Венере. Его прибор «Гроза» впервые зарегистрировал там электрические разряды в атмосфере. И это действительно большое достижение.

— Молнии есть — значит, есть и грозы?

— Мы не знаем, что это за молния и где ее источник. Это могут быть облака, а может быть поверхность — вулканы. Что же касается жизни, сейчас в тренде предположение, что она находится в облаках. Облака там не такие, как на Земле. Нижняя кромка в них — 45 километров, верхняя — 70 километров. Получается такой массивный 25-километровый слой, непроницаемый для видимого нашим глазом излучения. И где-то в середине этого слоя, на уровне 55 километров, давление и температура близки к земным.

— И там могут жить какие-то летучие организмы?

— Не исключено существование облачных микроорганизмов. Кстати, в этом слое как раз летали аэростаты «Вега». Они представляли собой привычные нам воздушные шары, наполненные гелием. Среда эта кислотная — аэрозоль, который образует облака Венеры, представляет собой по большей части раствор серной кислоты.

— Как же там жить?

— Да, это агрессивная среда. Но ведь ничто не мешает земным бактериям-экстремофилам жить в кислотной среде и прекрасно себя чувствовать.

— Значит, это какие-то примитивные формы жизни?

— Предполагается экосистема, состоящая из одноклеточных организмов. В последние годы выходит очень много работ, описывающих возможные химические процессы, которые там происходят. Катализатором этого интереса стала статья об открытии с помощью наземного телескопа фосфина. Фосфин интересен тем, что на Земле он является продуктом биологической деятельности. Были определенные дебаты, полемика в академических журналах, где обработка этих же данных другой группой показала, что фосфина, скорее всего, нет. Первая группа теперь утверждает, что он все-таки есть, но его не так много, как заявлялось первоначально. Однако все равно его количество станут мерить в будущих миссиях. При этом многие забывают еще об одном газе — аммиаке, который не менее интересен.

— Потому что это тоже показатель органических процессов?

— Да, он может иметь отношение к биологии. Этот газ открыл наш аппарат «Венера-8». Это был второй аппарат, который сел на поверхность Венеры. На спуске в атмосфере он измерил концентрацию аммиака. В то время тоже возникла полемика, и американские ученые заявили, что детекция аммиака была ошибочной. Но у них потом там работал аппарат «Пионер-Венера», и более поздняя обработка данных с него показала, что аммиак, скорее всего, был. В 2018 году вышла интересная статья по результатам экспедиции в земные геотермальные кислотные источники, где ученые набрали образцы живущих там бактерий. Их привезли в лабораторию и померили спектр ультрафиолетового поглощения — то, как такие бактерии поглощают излучение Солнца.

— Почему решили провести эксперимент с этими бактериями?

— Потому что в облаках на Венере примерно такая же кислотная среда. При этом сама Венера яркая. Это одна из самых ярких точек на небе, потому что ее сернокислотный облачный аэрозоль очень хорошо отражает солнечный свет. Но если смотреть на Венеру в ультрафиолетовом диапазоне, то можно увидеть, что там не все отражается,— что-то поглощается. Там появляются темные перистые структуры, создаваемые неким поглощающим веществом. Его открыли давно, еще в 1970-е, по орбитальным снимкам. И до сих пор исследователи не знают, что это.

— Что же это может быть?

— Некое вещество, которое в верхнем облачном слое поглощает ультрафиолет. Ни одна фотохимическая модель не может его воспроизвести. Мы не измеряли его напрямую, потому что спускаемые аппараты начинали работать на более низких высотах. Люди бьются десятилетиями, пытаются подогнать под модель разные вещества, но ничего не работает. В академической среде это таинственное вещество называется «неизвестный ультрафиолетовый поглотитель».

— А чем закончился эксперимент с бактериями?

— Спектр поглощения бактерий из земных геотермальных источников оказался достаточно близок к спектру поглощения этого неизвестного вещества. Это зацепка, которая может нам помочь что-то прояснить.

— Какие еще исследования сейчас ведутся на Венере?

— У Венеры сейчас нет космических аппаратов, в прошлом году прекратилась связь с японским «Акацуки», последним активным аппаратом на ее орбите. А все следующие запуски, которых планируется немало разными космическими агентствами, в том числе и нашим, намечены только на 2030-е.

Поэтому сейчас мы заняты анализом того, что получено ранее. Данных собрано много, а обработано мало.

Сейчас такой тренд — например, американцы переобрабатывают данные своей «Пионер-Венеры» 1978 года, поскольку методы анализа изменились, и даже старые данные могут давать новые результаты. Так, американцы объявили об открытии некоторых веществ в атмосфере, которых раньше не находили. Переобработка данных наших «Венеры-13» и -14 показала, что у поверхности присутствует слой аэрозоля, который, скорее всего, является вулканической пылью.

— То есть на Венере продолжается вулканическая активность?

— Долгое время шла погоня за открытием на Венере вулканической активности. Согласно радарным изображениям и снимкам советских аппаратов, очевидно, что планета ранее была вулканически активна, просто потому что 80% ее залито застывшей лавой, базальтами. Но вот активна ли она до сих пор? Этот вопрос пока без ответа, потому что увидеть извержение вулкана на планете, которая полностью закрыта от нас облаками, очень сложно. У нас есть много косвенных признаков в пользу того, что она активна. И это — свежие признаки, геологи по ним могут определять возраст склонов, покрытых лавой, и делать выводы. У определенных объектов этот возраст колеблется в промежутке от тысячи лет до нуля. То есть объекты совсем свежие.

Тут надо пояснить, что в облаках Венеры есть узкие «окна прозрачности» в инфракрасном спектре. Мониторинг с аппарата «Венера-Экспресс» в окне в 1 микрометр (0,001 мм.— “Ъ”) показал, что в определенных местах, которых зачастую совпадают с местоположением вулканов, находятся тепловые аномалии. То есть вулканы разогреты относительно средних значений.

Во сколько выход в космос обошелся СССР и США

Также изучены спектральные свойства этой лавы. Мы знаем, что они меняются со временем. Если мы поместим какой-нибудь базальт в лабораторные условия, похожие на Венеру, его спектральные свойства начнут меняться определенным образом. И мы, экстраполируя эти данные на наблюдение Венеры, показываем, что некоторые вулканы очень молодые. Еще один возможный признак вулканической активности — торможение ветра на высоте около 45 километров над определенными вулканами.

— Почему это происходит?

— Модели показывают, что если на Венере извергается вулкан, то вулканический плюм должен доходить до высоты 40 километров. Это как раз та высота, где мы можем измерять скорость ветра. Известно, что на Венере, в отличие от Земли, нет тектоники плит. Значит, вулканов — аналогов Везувия на Венере тоже нет. В основном это щитовые вулканы, аналог наших гавайских. У таких вытекающая лава строит сам вулкан, увеличивая его высоту. Такая горячая точка может существовать миллионы лет на одном месте, образуя вулкан все выше.

— Если все это молодые процессы, нет ли ощущения, что на Венере, возможно, только начинает формироваться жизнь?

— У нас есть пока лишь одно наблюдение формирования жизни. Это наша планета Земля. Мы, конечно, не видели, как это происходило. Но мы знаем, что для этого есть важное условие — жидкая вода. Вся жизнь, которую мы знаем, так или иначе завязана на молекулу воды. На Венере есть вода, но она не жидкая, потому что условия там для этого неподходящие. Из-за большой температуры и давления вода там в виде водяного пара. В Институте космических исследований Российской академии наук в прошлом году вышла статья об измерениях концентрации водяного пара под облаками, и она оказалась где-то 25–30 частиц на миллион.

— Это много или мало?

— На Земле разброс такой: в очень сухих, холодных арктических пустынях — около 10 молекул на миллион; в очень жарких и влажных тропических лесах — 50 тыс. молекул на миллион. О чем это говорит? Конечно, на Земле в пустынях жизнь есть, но вряд ли она могла там сформироваться. Если на Венере есть какие-то микроорганизмы на основе углеродной, органической химии, то они вполне могут использовать ту воду, которая там есть. Для зарождения жизни ее недостаточно, но для поддержания — вполне.

— Расскажете об исследованиях динамики атмосферы Венеры?

— Ими многие годы занимаются в нашем институте. Сегодня мы знаем, про суперротацию атмосферы Венеры — глобальный механизм, когда газовая оболочка вращается относительно планеты где-то в 60 раз быстрее, чем она сама. Венера, как известно, делает оборот вокруг своей оси примерно за 250 дней, а атмосфера — за 4 дня.

Отдельный вопрос — откуда энергия для поддержания данного процесса. Над этим бьются команды, которые занимаются математическим моделированием атмосферы.

А мы можем измерять скорость на верхней границе облачного слоя, это около 70 километров. Оказывается, эта скорость нестабильна, она растет с годами, причем растет существенно. Возможно, эта скорость ветра коррелирует с циклом солнечной активности: чем выше активность, тем больше неизвестный ультрафиолетовый поглотитель потребляет энергии, что разгоняет атмосферу. Солнечный цикл уходит в минимум — атмосфера снова замедляется.

— Получается, что тем организмам, которые, может быть, обитают в этой атмосфере, приходится несладко?

— Они находятся не в верхних слоях, где слишком холодно, а ниже, где-то на 50–60 километров. Там более спокойно, скорость поменьше, и они, если там живут, парят в дрейфующем потоке. Кстати, предполагается, что они свою высоту могут поддерживать с помощью волн, которые распространяются от поверхности.

— Что за волны?

— Известно, что на Венере есть стационарные волны. Мы иногда видим, как в горизонтальном потоке возникает удивительная вещь — так называемая наблюдаемая облачная и термическая особенность, которая просто стоит на месте относительно поверхности. Ее, например, очень хорошо зафиксировал японский «Акацуки».

Эти особенности бывают разных размеров, но они все оказываются стоящими над большими горами.

Вообще, большинство гор на Венере — до 8 километров, а самые высокие — 11.

Исследования показало, что на высоте 70 километров над горами может замедляться горизонтальный поток. Это происходит, когда на поверхности поток сталкивается с горой, и в результате генерируются стоячие вертикальные, орографические, волны, которые распространяются вверх. Они создают препятствие для ветра, и он тормозится.

— Почему на Земле такое не происходит?

— Происходит, но у нас другая атмосфера. У нас она гораздо ниже, приземистее. У нас тропосфера высотой около 10 километров, а на Венере — 70 километров.

— Получается, что на Венере горы значительно сильнее влияют на климат?

— Да, потому что атмосфера у поверхности очень плотная, и возникающие волны гораздо более энергичные. Они могут разрушиться, если не пройдут в конвективный слой где-то на высоте 50–60 километров. Спускаемые и орбитальные аппараты исследовали этот конвективный слой, и он то очень узкий, то очень широкий. Если длина этой вертикальной волны больше толщины слоя, она его просто не заметит и обогнет. А если она прошла конвективный слой, то распространяется дальше, и мы видим эту волну даже на высоте около 100 километров.

— Как мы ее видим?

Как США будут создавать стационарную станцию на Луне

— Нам на помощь приходит кислород. Молекулы кислорода с дневной стороны планеты переносятся на ночную, где они светятся в инфракрасном диапазоне. Если сделать прибор, который видит на определенной длине волны (1,27 микрометра), то будут наблюдаться красивые подобия облаков, состоящие из кислорода. Это облака чистого кислорода. Мы измеряли саму морфологию этих облаков и их перемещение. Есть интересный результат. В южном полушарии Венеры находится горная область Фебы. Она невысокая, может быть, километра три, но обладает очень характерной формой полумесяца. И в этих облаках отпечатывается буквально такой же полумесяц. То есть там не просто прошла волна — она повторила контуры рельефа и отпечаталась в виде полумесяца в свечении кислорода в облаках.

17 июля Венеру можно будет наблюдать невооруженным глазом в средней полосе России и в Сибири: яркая точка будет заметна в непосредственной близости от серпа Луны — в созвездии Льва.