Давним-давно, мільярди років тому, у гігантській хмарі газу та пилу почався великий танець тяжіння. Зіткнення, обертання та вибухи породили наші планети — кожну зі своїм унікальним шляхом. У цьому космічному сімействі Земля і Венера народилися поруч, схожі за розмірами, масою та складом, вони були ніби сестри, які росли разом у цьому бурхливому світі.
Проте, як це часто буває серед рідних, їхні долі розійшлися. Земля стала зеленою й блакитною оазою життя, а Венера — палючою пустелею, оповитою густими кислотними хмарами. Що стало причиною такої разючої різниці? І як відсутність магнітного поля на Венері перетворила її на справжнє пекло? Щоб відповісти на ці запитання, доведеться зазирнути в минуле планети та зрозуміти, які процеси зробили її такою, якою вона є сьогодні.
Що таке магнітне поле планети та як воно утворюється
Спершу поговоримо про дивовижне, невидиме, безсмакове, але відчутне фізичне явище — магнітне поле. На нашій планеті воно являє собою результат складних процесів у її надрах. Як нам каже найбільш визнана теорія, поле утворюється завдяки динамо-ефекту, що виникає через рух розплавленого заліза у зовнішньому ядрі. Цей рух генерує електричні струми, які своєю чергою створюють магнітне поле. Бо як нам стало відомо в 1905 році, завдяки роботам Йозефа Лармора, ці генеровані частинки, що виникають у провідному середовищі, є ключовим елементом його формування.
Згодом, у 1940-х роках, дослідники на чолі з Вальтером Елсіусом уточнили, що ці струми виникають через складну взаємодію конвекційних потоків у рідкому зовнішньому ядрі та обертання Землі. Розплавлене залізо в ядрі постійно переміщується, створюючи різницю потенціалів, що генерує електричні струми. У результаті цих процесів утворюється магнітне поле, яке поширюється за межі ядра, огортаючи всю планету.
Цей динамо-ефект став основою для сучасного розуміння геомагнітного поля. Без руху рідкого металевого ядра та електричних струмів, які воно генерує, Земля втратила б свій захисний бар’єр від сонячного вітру. Саме тому конвекційні потоки й електричні струми є життєво важливими для підтримки магнітного поля планети.
Геомагнітне поле має форму диполя, схожого на магніт із двома полюсами — північним і південним. Його дія поширюється далеко за межі атмосфери, утворюючи магнітосферу — захисний бар’єр, що екранує планету від частинок сонячного вітру. Без цього щита заряджені частинки постійно бомбардували б атмосферу, поступово зриваючи її верхні шари.
Цікаво, що магнітне поле Землі не є постійним: його сила і розташування полюсів змінюються з часом через нестабільності у русі рідкого металу в зовнішньому ядрі. Але саме завдяки йому наша планета зберегла воду і стабільну атмосферу, що зробило її придатною для життя. Тоді чому ж Венера, попри подібність до Землі, не має цього важливого захисту?
Венеро, як ти посіяла своє магнітне поле?
Усю історію нам важко прослідити, бо ми не живемо на Венері та не маємо доступу до її пильного дослідження, як маємо на Землі. Тому, попри всі високі технології, людство керується теоріями, гіпотезами та в цілому логікою задля пізнання такої цікавої сусідки.
По-перше, слабке магнітне поле Венери можна пояснити її повільним обертанням і майже круговою орбітою. Згідно з однією із сучасних теорій, інтенсивність дипольного магнітного поля залежить від прецесії полярної осі та кутової швидкості обертання планети. Прецесія — це явище, коли полярна вісь планети здійснює повільний круговий рух навколо певної точки, схоже на те, як гіроскоп або дзиґа хитаються під час обертання.
Цей рух викликаний гравітаційними впливами інших тіл, таких як Сонце чи Місяць, і може впливати на динаміку внутрішніх процесів у ядрі планети. У випадку Венери ці параметри надзвичайно малі. Однак вимірювання показують, що навіть з урахуванням цих факторів її магнітне поле є ще слабшим, ніж передбачає теорія.
По-друге, проблема може полягати у відсутності конвекційних потоків у ядрі. Вважається, що ядро Венери складається переважно із заліза, подібно до Землі. Проте конвекція, необхідна для утворення магнітного поля, можливо, відсутня через слабке охолодження ядра. Ця відсутність також впливає на тектонічні процеси.
На Венері немає активної тектоніки плит, яка на Землі відіграє важливу роль у розсіюванні тепла з надр планети. Відсутність тектоніки може бути як наслідком слабких конвекційних потоків, так і додатково посилювати їхню нестачу, створюючи замкнене геологічне середовище. Крім того, на Венері відсутня вода, яка на Землі діє як «мастило» для руху плит. Через ці фактори кора Венери, ймовірно, залишається надто м’якою або статичною, щоб підтримувати механізми, подібні до земних.
По-третє, відсутність приливних процесів також може грати роль. На відміну від Землі, у Венери немає великих супутників, які могли б викликати приливні ефекти в ядрі й мантії. Також її орбіта майже ідеально колова, що знижує можливість гравітаційного впливу Сонця. Усе це зменшує ймовірність створення необхідної енергії для активності ядра.
Цікаво, що відсутність магнітного поля і втрату води важко розглядати окремо. Існує припущення, що саме втрата води призвела до зупинки тектоніки плит, а разом із цим і до ослаблення конвекції в ядрі. З іншого боку, є ймовірність, що втрата води стала наслідком відсутності магнітного поля, яке не змогло захистити атмосферу від сонячного вітру.
Як відсутність магнітного поля вплинула на атмосферу Венери?
Без свого щита Венера залишилась практично беззахисною і Сонячне випромінювання розщепило молекули води на водень і кисень (процес, відомий як фотодисоціація). Через відсутність магнітного поля легкі атоми водню втрачаються в космосі, а важчий кисень реагує з іншими хімічними елементами, формуючи нові сполуки. Саме за такою хімією, Венера втратила значну частину своєї води, що колись, імовірно, існувала на її поверхні в рідкому стані.
Без води, яка на Землі слугує природним поглиначем вуглекислого газу, цей газ накопичився в атмосфері Венери у величезних кількостях. Зараз він становить понад 96% її складу. Висока концентрація CO₂ спричинила екстремальний парниковий ефект, піднявши температуру на поверхні до +465°C. Відсутність магнітного поля також дозволяє зарядженим частинкам сонячного вітру взаємодіяти з компонентами атмосфери, створюючи хімічно агресивні сполуки. Тиск на поверхні Венери у 92 рази перевищує земний, а це еквівалентно тиску на глибині майже 900 м під водою на нашій планеті. У результаті хмари Венери насичені сірчаною кислотою, що робить її атмосферу ще більш ворожою для життя.
Що це означало для минулих місій та означатиме для майбутніх досліджень
Відсутність власного магнітного поля на Венері тривалий час вважалася однією з головних причин втрати води та деградації атмосфери. Проте дослідження, проведені апаратом Venus Express (Європейська космічна агенція, ESA), виявили, що Венера має індуковане магнітне поле, яке утворюється внаслідок взаємодії іоносфери планети з сонячним вітром. Цей «магнітний щит» захищає верхні шари атмосфери, але є значно слабшим за магнітне поле Землі.
Одним із найважливіших відкриттів місії стало спостереження явища магнітної реконекції в магнітолі Венери — області, де сонячний вітер взаємодіє з індукованим магнітним полем. 15 травня 2006 року Venus Express зафіксував плазмоїдну структуру, що свідчила про подібність до процесів, які відбуваються в магнітосфері Землі. Цей процес, під час якого енергія магнітного поля перетворюється на кінетичну енергію, спричиняє викид плазми з магнітола в космос і водночас спрямовує частину енергії назад, до нічної сторони атмосфери Венери.
Такі спостереження допомогли зрозуміти, що навіть без потужного магнітного поля Венера має унікальний механізм енергетичних обмінів, які впливають на втрату газів з її атмосфери. Це відкриття має важливе значення для майбутніх місій, як-от VERITAS і EnVision, які зосередяться на вивченні еволюції атмосфери Венери та її геології. Розуміння індукованого магнітного поля також є ключем до передбачення, як подібні механізми можуть впливати на інші планети, зокрема екзопланети, позбавлені власного магнітного поля.
Тож хоча сестри пішли різними шляхами, їхня історія нагадує нам, як тонка межа може відокремлювати оазу життя від палючої пустелі.
