Nästa Venus-uppdrag kommer att berätta om beboeliga världar på andra håll

NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech och NASA

När DAVINCI+ och VERITAS uppdrag till Venus var gav grönt ljus av NASA förra veckan , var det vetenskapliga samfundet chockat. De flesta hade förväntat sig att NASA, som inte hade lanserat ett dedikerat uppdrag till Venus på 30 år, skulle skicka minst ett uppdrag till den andra planeten från solen i slutet av årtiondet. Två uppdrag, dock blåste allas sinnen.

Kanske förutsåg NASA något som vi bara lindar våra huvuden runt: DAVINCI+ och VERITAS kommer att ha en enorm inverkan inte bara när det kommer till Venus och utforskning av solsystemet, utan också när det kommer till vår förståelse av beboeliga, livsbärande världar utanför själva vårt solsystem.

När våra exoplanetupptäckter fortsätter att hopa sig (och vi har upptäckt över 11 000 möjliga exoplaneter hittills) måste vi lära oss om en planet i storleken av jorden är mer sannolikt att se ut som jorden, eller mer sannolikt att se ut som Venus. Vi vet inte vilket av dessa resultat som är det förväntade eller troliga, säger Paul Byrne, en planetforskare vid North Carolina State University. Och för att ta reda på det måste vi förstå Venus mycket bättre.

De flesta forskare håller med om att alla beboeliga exoplaneter skulle behöva ha vatten.

Med yttemperaturer på 471 °C och yttryck som är 89 gånger värre än jordens, verkar det omöjligt att vatten en gång kan ha funnits på Venus. Men Venus och jorden är ungefär lika stora, i samma åldrar, och vår bästa gissning är att de är gjorda av jämförbara material och föddes med mycket liknande startförhållanden. Venus är 30 % närmare solen än jorden, vilket är signifikant, men inte överväldigande. Och ändå efter 4,5 miljarder år har dessa två planeter klarat sig väldigt olika.

Faktum är att det finns allt fler bevis för att Venus kan ha varit hem för vatten för länge sedan. Pioneer Venus-uppdragen som lanserades 1978 gjorde några lockande mätningar av förhållandet deuterium-väte i atmosfären, vilket tyder på att Venus hade förlorat massor av vatten över tiden. Men vi har aldrig haft ett riktigt uppdrag som kunde studera denna historia av vatten på Venus, leta efter uråldriga vattenflödesegenskaper på ytan eller förstå om det hade den typ av geologiska och klimatologiska förhållanden som är nödvändiga för vatten och för beboeliga förhållanden .

Det kan ha funnits två beboeliga världar sida vid sida under en okänd tid i vårt solsystem, säger Giada Arney, biträdande huvudutredare för DAVINCI+. Även om Venus är obeboelig idag, betyder det faktum att det kan ha varit beboeligt vid ett tillfälle att det inte alltid var avsett för ett så helvetiskt öde om omständigheterna bröts lite mer fördelaktigt.

Och det är goda nyheter för hur vi utvärderar avlägsna exoplaneter. Ser man bortom solsystemet, kan detta också tyda på att beboeliga planeter är vanligare än vi tidigare förutsett, säger Arney.

Det finns två ledande teorier för vad som hände med Venus - och de har båda implikationer för vad vi kan förvänta oss på andra exoplaneter. Den första, i överensstämmelse med våra nuvarande men begränsade observationer, är att Venus började som en het röra från början och aldrig gav upp. Se, ju närmare en planet kretsar runt sin värdstjärna, desto mer sannolikt är det att den roterar långsamt (eller till och med tidvattenlåst där ena sidan permanent är vänd mot stjärnan, som om månen är runt jorden).

Långsamma rotatorer som Venus har generellt sett svårare att upprätthålla ett globalt klimat som är svalt och behagligt – och ett tag antog man att detta förmodligen var det som drev Venus att bli varm och outhärdlig. Solens strålar bombarderade planeten med värme, och en ångrik atmosfär kondenserade aldrig till flytande vatten på ytan. Samtidigt fungerade koldioxid-, vatten- och svaveldioxidgaserna i luften som växthusgaser som bara tjänade till att fånga upp all värme. Och det förblev så i 4 miljarder år, ge eller ta.

Sedan finns det en ny teori som nyligen har utvecklats av Michael Way och andra vid NASA:s Goddard Institute for Space Studies. Den modellen visar att om du gör några små justeringar i dessa planeters klimat, kan de utveckla halvklotlånga molnformer som konsekvent vänder sig mot värdstjärnan, reflekterar mycket stjärnvärme . Som ett resultat förblir en planet som Venus tempererad och den atmosfäriska ångan kondenserar till flytande hav på ytan. Ways arbete visar att när du når denna punkt kan planeten självreglera sin temperatur så länge som andra jordliknande processer som plattektonik (som hjälper till att ta bort koldioxid från atmosfären) kan mildra uppbyggnaden av växthusgaser.

Det är en komplicerad hypotes, full av varningar. Och om Venus är bevis på att långsamma rotatorer kan utveckla mer beboeliga förhållanden, är det också bevis på att dessa förhållanden är ömtåliga och potentiellt flyktiga. Människor som köper in sig på Ways modell tror att det som förmodligen hände på Venus är att en enorm mängd vulkanisk aktivitet överväldigade planeten med kol och vände atmosfären till 96 % koldioxid, och åsidosatte all lättnad plattektonik kunde ge.

Och ändå är det en hypotes värd att testa genom DAVINCI+ och VERITAS, för som Arney påpekar är många av de potentiellt beboeliga exoplaneterna vi har upptäckt långsamma rotatorer som kretsar kring stjärnor med låg massa. Eftersom dessa stjärnor är mörkare, måste planeter vanligtvis kretsa runt dem i närheten för att få tillräckligt med värme för att tillåta bildning av flytande vatten. Om de bildar halvklotlånga moln kan de kanske bevara beboeligt klimat. Det enda sättet vi för närvarande kan undersöka om denna hypotes är vettig är att först se om det kan ha hänt på Venus.

Men innan vi kan tillämpa Ways modell på andra exoplaneter måste vi avgöra om den förklarar Venus. DAVINCI+ kommer att sjunka ner i Venus och direkt undersöka atmosfärens kemi och sammansättning, samt avbilda ytan på väg ner. Den borde kunna samla in den typ av data som hjälper oss att berätta om Venus verkligen var våt tidigare i sitt liv, och även fördjupa mer av sin klimathistoria och om ett halvklotlångt moln verkligen kunde ha bildats.

VERITAS orbiter kommer att undersöka planetens geologi och ta högupplösta bilder genom radarobservationer som kanske kan upptäcka tecken på terräng eller landformer skapade av vattenflöden eller tidigare tektonik. Det mest spännande målet kan vara tesseran: kraftigt deformerade höglandsregioner som tros vara de äldsta geologiska egenskaperna på planeten. Om VERITAS upptäcker bevis på forntida hav – eller åtminstone på den typ av geologisk aktivitet som kunde ha hållit planeten mer tempererad för länge sedan – kommer det att stödja uppfattningen att andra långsamt roterande exoplaneter skulle kunna uppnå samma förhållanden.

Att tänka på att de går tillsammans gör det verkligen till ett komplementärt megauppdrag, säger Lauren Jozwiak, en planetforskare vid Johns Hopkins Applied Physics Laboratory som arbetar med VERITAS-uppdraget. Den här idén att du skulle vilja göra både geologisk kartläggning och atmosfärisk sondering har varit kärnan i hur du skulle vilja undersöka Venus, säger Jozwiak.

I slutändan, om Venus alltid var obeboelig, så har orsaken förmodligen att göra med dess närhet till solen. Så varje exoplanet av liknande storlek som är proportionellt nära sin egen stjärna kommer förmodligen att vara som Venus. Och vi skulle vara bättre att fokusera fler undersökningar på exoplaneter som är längre bort från sina stjärnor.

Å andra sidan, om Venus hade en period av kyla innan den förvandlades till en permanent ugn, betyder det att vi bör ta Venus-zonens exoplaneter på allvar, eftersom de fortfarande kan vara beboeliga. Det tyder också på att faktorer som plattektonik och vulkanism spelar en avgörande roll för att förmedla beboeliga förhållanden, och vi måste hitta sätt att undersöka dessa saker även i avlägsna världar.

Ju mer vi funderar på vad DAVINCI+ och VERITAS skulle kunna åstadkomma, desto mer verkar det som om vi faktiskt underskattar hur exalterade vi borde vara. Dessa nästa uppdrag kommer att helt förändra hur vi tänker om både Venus och planetbildning i allmänhet, säger Jozwiak. Det är en spännande tid att ta reda på om Venus är 'en gång och framtida jorden.'

Dölj