10 августа 2021 года космический аппарат BepiColombo, принадлежащий ESA/JAXA, совершил пролет планеты Венера, направляясь к Меркурию. В этот раз зонд пролетел над длинным хвостом магнитосферы Венеры.
В течение 90-минутного периода наблюдения его приборы измеряли количество и массу встреченных заряженных частиц. При этом они получили ценные сведения о химических и физических процессах, которые приводят к выходу газов из верхних слоев венерианской атмосферы.
В частности, данные BepiColombo показывают, что в ранее не изученной области магнитной среды Венеры ионы углерода и кислорода разгоняются до таких скоростей, что могут покинуть гравитационное притяжение планеты.
BepiColombo заполняет (некоторые) пробелы
В начале своей истории Венера была очень похожа на Землю, даже по количеству жидкой воды. Взаимодействие с солнечным ветром со временем унесло воду. В результате осталась атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа и небольшого количества азота, а также следов других элементов.
Венера, какой мы видим ее сейчас (слева) и какой мы могли бы видеть ее в прошлом (справа) в соответствии с тем, что нам известно на данный момент.
Чтобы понять, как и почему это произошло, необходимо охарактеризовать потерю тяжелых ионов, влияющих на верхние слои атмосферы Венеры, и механизмы, с помощью которых происходит эта утечка.
Прошлые миссии, такие как Pioneer Venus Orbiter НАСА и Venus Express ЕКА, провели детальные исследования типа и количества молекул и заряженных частиц, которые теряются в космосе. Однако орбитальные траектории миссий оставили некоторые области вокруг Венеры неисследованными, а многие вопросы — без ответа.
Теперь BepiColombo дает новые подсказки и заполняет некоторые из этих пробелов. Во время пролета в 2021 году анализатор масс-спектра (MSA) и ионный анализатор Mercury (MIA) работали и собирали данные, необходимые для нового исследования выхода газов из атмосферы Венеры. Эти два прибора являются частью пакета Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE), который несет магнитосферный орбитальный аппарат Mercury Magnetospheric Orbiter агентства JAXA.
Измерение потока ионов через магнитную оболочку
В отличие от Земли, Венера не генерирует собственное магнитное поле в своем ядре. Однако вокруг планеты существует слабая кометообразная «индуцированная магнитосфера», которая образуется в результате взаимодействия заряженных частиц, испускаемых Солнцем (так называемый солнечный ветер), с электрически заряженными частицами в верхних слоях атмосферы Венеры. Вокруг магнитосферы находится область, называемая магнитной оболочкой, где солнечный ветер замедляется и нагревается.
Схематическое изображение планетарного вещества, выходящего из магнитосферы Венеры. Красная линия и стрелка показывают область и направление наблюдений BepiColombo, когда наблюдались вылетающие ионы (C+, O+, H+).
Используя инструменты моделирования SPIDER компании Europlanet на данных BepiColombo, исследователи смогли проследить, как частицы, особенно положительно заряженные ионы кислорода и углерода (O+ и C+), распространяются через венерианскую магнитную оболочку, и измерить их общий средний поток на расстоянии около шести венерианских радиусов, в области, которая никогда ранее не моделировалась.
Эти ионы, впервые замеченные при выходе из атмосферы Венеры и обычно очень медленные из-за своей тяжести, похоже, ускоряются каким-то механизмом, который еще предстоит обнаружить. Возможно, это некий электростатический «ветер», который уносит их от планеты, или же они ускоряются за счет центробежных процессов.
Будущее исследование Венеры
Если ответы на эти вопросы еще не найдены, то миссии будущего могут помочь нам их найти. В течение следующего десятилетия Венеру будут изучать миссия ЕКА Envision, орбитальный аппарат НАСА VERITAS и зонд DAVINCI, а также индийский орбитальный аппарат Shukrayaan.
Вместе эти космические аппараты должны дать полное представление об окружающей среде Венеры, начиная с ее магнитной оболочки, атмосферы, поверхности под плотным облачным слоем и заканчивая внутренним миром этой адски горячей планеты.
«Последние результаты показывают, что уход атмосферы с Венеры не может полностью объяснить потерю ее исторического содержания воды«, — говорит Моа Перссон из Шведского института космической физики. «Это исследование — важный шаг в раскрытии истины об исторической эволюции венерианской атмосферы, а предстоящие миссии помогут заполнить многие пробелы«.
С исследованием, опубликованным в журнале Nature Astronomy, можно ознакомиться здесь.
