Wizyta na Wenus - dlaczego chcemy tam lecieć?

Wenus to nazwa planety, która kojarzy się z pięknem nie tylko znawcom mitologii. W sprzyjających warunkach mamy okazję ją podziwiać w postaci niewielkiego, ale bardzo jasnego sierpa. Ten wspaniały widok można oglądać już za pomocą niewielkiej lunety. Piękno skrywa jednak nieraz prawdziwe piekło, a takie warunki panują na powierzchni tej planety. Jak dotąd tylko radzieckie pojazdy we w miare kontrolowany sposób lądowały na powierzchni Wenus - mimo to zdjęć mamy niewiele, lądowniki działały bardzo krótko.

Pod koniec stycznia 2017 roku około godziny 18 znajdziemy Wenus na południowo-zachodnim niebie na wysokości około 22 stopni nad horyzontem - tuż obok Marsa

W 1989 dzięki misji Magellan uzyskaliśmy najdokładniejsze radarowe mapy topograficzne powierzchni Wenus, ale tak naprawdę nie mówi to nam wiele o tym co dzieje się na powierzchni jak i w atmosferze. Od misji sond Wenera minęło już ponad 30 lat i ciekawość chyba w końcu weźmie górę. Na pierwszą połowę kolejnej dekady NASA planuje misje Veritas i Davinci ku Wenus, ale to dopiero misja Wenera-D może być najbardziej emocjonująca.

Różne twarze Wenus - po prawej w ultrafiolecie

Radarowa mapa Wenus wykonana przez sondę Magellan

Zbliżenia na obiekty na powierzchni - obrazy radarowe

Prace nad misją Wenera-D prowadzone już od wielu lat i wkraczają w ważną fazę. Niedługo dowiemy się, co wyjdzie z pomysłu współpracy NASA i Roscosmos, czyli amerykańskiej i rosyjskiej agencji kosmicznej, o którym usłyszeliśmy już dwa lata temu.

Zespół planujący misję dostarczy ostateczny raport opisujący spodziewane cele misji, na podstawie którego zarówno NASA jak i Roscosmos będą mogły ocenić szanse realizacji, a także przewidywany wkład każdej ze stron. Przypuszcza się, że NASA wspomoże Roscosmos przede wszystkim od strony instrumentalnej, pojazd będzie głównie dziełem Rosjan.

Sam projekt odbiega też znacznie od pierwotnego pomysłu, czyli lądownika, orbitera i balonów. Te ostatnie prawdopodobnie zastąpi się bezzałogowymi sterowanymi pojazdami, które lepiej kontrolować niż dryfujące balony.

Dlaczego interesujemy się Marsem a nie Wenus?

Gdyby porównać odległość pomiędzy Ziemią i Marsem oraz Ziemią i Wenus, ta druga planeta wydaje się dużo ciekawszym obiektem. Leży znacznie bliżej niż Mars (najmniejsza odległość to około 38 milionów km, podczas gdy dla Marsa jest to 20 milionów km więcej), a jej rozmiary są podobne do rozmiarów Ziemi (średnica około 6 tys. km), co zapewnia podobną grawitację.

Dlaczego więc tak chętnie wysyłamy misje na Marsa, a Wenus traktujemy po macoszemu?

Powodów jest kilka. Po pierwsze trzeba pamiętać, że zawsze ważne są kwestie ekonomiczne. Mars jest potencjalnym miejscem gdzie na powierzchni mogą powstać ludzkie kolonie, a Wenus z racji panujących tam warunków (o czym za nieco niżej) kompletnie się do tego celu nie nadaje.

Wizja artystyczna Wenus, w porównaniu z nią przegrywają nawet marsjańskie burze piaskowe

Poza tym pomysł lotu na Marsa łatwo sprzedać, czego dowodzą liczne filmy. Nie można też zapominać, że Wenus leży wewnątrz orbity Ziemi (planeta wewnętrzna) w odległości około 108 milionów km od Słońca (orbita jest prawie kołowa). Mimo mniejszej średniej odległości od Ziemi niż w przypadku Marsa, wymaga większych nakładów energetycznych związanych z wysłaniem pojazdów. Istotne jest tu szczególnie hamowanie w przypadku lotu na Wenus, a w przypadku powrotu dużo większa grawitacja jaką trzeba pokonać - większa nawet niż w przypadku Ziemi.

Pomijając te problemy, wydawałoby się, że skoro Wenus znajduje się bliżej Słońca to tym lepiej dla pojazdów naziemnych, które mogłyby być może poradzić sobie bez generatorów termoelektrycznych. Niestety na przeszkodzie staje gęsta, ale też…

…bardzo nieprzyjazna dolna atmosfera i powierzchnia Wenus

Powyższe stwierdzenie zapewne znane jest każdemu, kto choćby w minimalnym stopniu liznął wiedzy na temat Układu Słonecznego. Powszechną wiedzą jest fakt, że Jowisz to gazowa planeta gigant, Saturn ma pierścienie, a na Wenus padają żrące deszcze.

Wenus jest najgorętszą planetą w Układzie Słonecznym, na powierzchni panuje temperatura około 460 stopni Celsjusza, a ciśnienie jest około 90 razy większe niż na Ziemi na poziomie morza. Bardzo gęsta powłoka chmur sprawia, że warunki są podobne na całej planecie, a nie tylko na części zwróconej ku Słońcu. To istotne, bo okres obiegu orbitalnego (225 ziemskich dni) jest na Wenus krótszy niż doba (243 ziemskich dni). Wolna rotacja dotyczy też jądra, co sprawia, że mimo podobnej wewnętrznej budowy, Wenus nie ma silnego wewnętrznego mechanizmu generującego pole magnetyczne - ma ono moc jedynie 1,5 milionowej pola ziemskiego. Obserwacje Venus Express pokazały jednak, że Wenus dysponuje magnetosferą, choć dużo mniejszą niż w przypadku Ziemi i o jeszcze niewyjaśnionej do końca naturze.

W atmosferze Wenus, która składa się głównie z dwutlenku węgla (96%) i azotu (3,5%), występują chmury złożone z kwasu siarkowego, a wody praktycznie nie ma (jest jej 100 razy mniej niż na Ziemi). Wenus kiedyś miała dużo wody, ale ta wyparowała i uniosła się wysoko nad powierzchnię, gdzie cząsteczki uległy rozpadowi i jonizacji, a potem zostały wydmuchane w przestrzeń kosmiczną w wyniku oddziaływania z wiatrem słonecznym.

W przypadku Wenus wiatr słoneczny oddziałuje bezpośrednio na atmosferę

Z usuwaniem tlenu z górnych warstw atmosfery można powiązać również obserwacje bardzo silnego pola elektrycznego (o potencjale 10 V), wyjątkowo silnego jak na skalistą planetę z atmosferą.

O istnym piekle jakie panuje na Wenus nie decyduje jednak tylko skład atmosfery. Wiatry wiejące w atmosferze osiągają prędkość 360 km/h i trwają bezustannie - cała powłoka chmur obiega planetę w ciągu czterech dni. W atmosferze zaobserwowano pioruny, choć o innym mechanizmie generacji, a także wiele innych zjawisk, które nadal stanowią wielką zagadkę.

Na przykład zaobserwowana niedawno niezwykła fala w warstwie chmur przez orbitującą wokół tej planety japońską sondę Akatsuki. Fala ta utrzymuje się stale w tym samym miejscu, mimo iż warstwa chmur jak już wspomniałem nie jest statycznym tworem. Być może nie jest to nic wyjątkowo niezwykłego i doczeka się swojego wyjaśnienia, ale na razie naukowcy są tym zjawiskiem zafrapowani.

Wenus jest także aktywna geologicznie, choć nie tak bardzo jak księżyc Jowisza, Io, ale dane zgromadzone przez sondę Venus Express potwierdzają, że aktywność wulkaniczna występuje i jest podstawowym czynnikiem kształtującym powierzchnię tej planety.

Na Wenus znajdziemy góry tak wysokie jak Himalaje, doliny i kratery. Te ostatnie są jednak sporych rozmiarów, gdyż tylko takie ciała mają szanse przedostać się przez atmosferę Wenus.

Jest jednak takie miejsce na Wenus, gdzie…

…istnieją szanse na kolonizację. Nie jest to skrywana wiedza, ale już nie każdy jest z nią zaznajomiony.

Oczywiście szanse istnieją nie na powierzchni, lecz kilkadziesiąt (50-60) kilometrów powyżej. Wysoko w atmosferze warunki stają się na tyle sprzyjające, by człowiek mógł tam mieszkać w czymś na kształt latającego miasta. Grawitacja na tej wysokości jest nieznacznie niższa od ziemskiej, a temperatury akceptowalne (choć jest bardzo gorąco, od 30 do 70 stopni Celsjusza). Skład atmosfery na tej wysokości nie sprzyja bezpośrednio oddychaniu, ale nadaje się dla wzrostu roślin.

Po pewnych zabiegach (zgodnie z ideą wykorzystywania i przetwarzania dostępnych na miejscu substancji i materiałów) może być jeszcze przyjaźniej. Szczególnie że odpada pewien istotny problem - promieniowanie jest podobne jak na Ziemi, w przeciwieństwie do Marsa gdzie ochrona przed promieniowaniem to jeden z kluczowych problemów do pokonania.

Wizja eksploracji atmosfery Wenus

Latające miasta, nawet nie takie jak to z Imperium Kontratakuje, ale małe „wioseczki” jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, to odległa przyszłość. Poza tym takie przedsięwzięcie wydaje się dość ryzykownym, gdy całkiem niedaleko poniżej panuje piekło.

Pomysł wysłania ludzi na Wenus to bardzo kosztowna idea, ale rozważano ją już w czasach projektu Apollo. Do pomysłu powrócono całkiem niedawno za sprawą projektu działu badawczego NASA w Langley, któremu nadano nazwę HAVOC (High Altitude Venus Operational Concept). To projekt międzyplanetarnej misji, której elementem jest sterowiec latający w atmosferze Wenus. Taka misja byłaby długotrwała, ale ze względu na koszty przygotowań, które uwzględniają wcześniejsze loty zrobotyzowanych pojazdów - część załogowa od startu do lądowania to tylko jeden miesiąc.

HAVOC jest pomysłem sprzed ponad dwóch lat, o którym mogliście już słyszeć. Przez te dwa lata w NASA, podobnie jak w ogólnej amerykańskiej polityce związanej z eksploracją Układu Słonecznego, zaszły spore zmiany.

Wydaje się wątpliwe, by teraz NASA chciała angażować się w misję na Wenus, aczkolwiek na horyzoncie pojawił się pomysł współpracy z Rosjanami przy zmodyfikowanym wariancie projektu Venera-D, badań atmosfery Wenus za pomocą pojazdów latających. Obecnie takie misje wydają się najsensowniejszym i najbezpieczniejszym dla człowieka sposobem eksploracji Wenus.

Wenera i Vega - radziecki wkład w poznanie powierzchni Wenus

Tak jak Mars jest planetą, w przypadku której sukcesy święciło przede wszystkim NASA, tak w przypadku Wenus szczęście dopisywało też konkurencji. Choć nieudanych prób podobnie jak w przypadku Marsa było sporo. Co prawda to NASA wykonało mapę topograficzną, ale gdy ograniczymy się do badań przeprowadzonych nie z orbity, a na powierzchni to tylko seria radzieckich lądowników Wenera i Vega miała szczęście osiąść na powierzchni Wenus. Sondy Vega (ich prawdziwym celem była kometa Halleya) wyposażono dodatkowo w specjalne balony z aparaturą, które po wypuszczeniu unosiły się przez kilkadziesiąt godzin w atmosferze planety.

Ze względu na warunki atmosferyczne, zdjęcia powierzchni były jednymi z najbardziej pożądanych danych naukowych. Pierwszy lądownik, który trafił na powierzchnię w grudniu 1970 roku, to Wenera 7. Zdjęcia powierzchni wykonała jednak dopiero pięć lat później Wenera 9 i 10. Pierwsze kolorowe zdjęcia przesłała Wenera 13, która na powierzchni Wenus działała tylko 127 minut.

Zdjęcia uzyskane przez sondę Wenera 9 i 10

Widok z lewej i prawej kamery lądownika Wenera 13

Niestety, częściowo ze względu na trudny dostęp do danych zebranych w czasach ZSRR, a także ze względu na krótki czas pracy, zdjęcia nie pokazują zbyt wiele, ale też więcej nie dało się wykonać ze stacjonarnego pojazdu. Widoki Wenus to ujęcia panoramiczne, z otoczeniem sond i skalistą powierzchnią - nie zachwycają też rozdzielczością, ale dają jako taki pogląd na to jak wygląda miejsce lądowania.

Zdjęcia powierzchni Marsa już za pierwszym razem w 1977 roku były dużo lepszej jakości

I tylko to miejsce, bo zdjęć powierzchni z orbity nie da się wykonać. Dlatego nasza wiedza o Wenus jest bardzo ograniczona. Wyobraźcie sobie, że dysponujemy jedynie zdjęciami takimi jak wykonały we marsjańskie lądowniki Viking i porównajcie to z obrazem powierzchni planety jaki uzyskano dzięki teleskopowi Hubble, sondom MGS, MRO, Mars Express oraz łazikom na powierzchni. Prawda, że jest on dużo ciekawszy?

Tak widzi Wenus i Marsa teleskop Hubble

Wenera-D czyli powrót na Wenus

Wenus kryje w sobie tyle tajemnic, że jest normalną rzeczą chęć poznania szczegółów na temat jej powierzchni i atmosfery. Być może dzięki lepszym technologiom uda się uzyskać więcej lepszej jakości zdjęć powierzchni, ale kluczowe mogą okazać się bezzałogowe pojazdy atmosferyczne.

Te ostatnie mogą być częścią wspomnianej misji Venera-D, która ma szanse ziścić się około 2025-2026 roku. O ile analizowane obecnie plany zostaną zaakceptowane i nie będzie żadnych opóźnień.

Będzie to duża misja, tak jak projekt łazika Curiosity, który kosztował 2,5 miliarda dolarów. Podstawowe założenie zakładało wysłanie orbitera, którego podstawowa misja potrwa 3 lata i lądownika, który wytrzymałby nawet miesiąc na powierzchni.

Pomysł przerósł możliwości Rosjan i teraz mniejszą wagę przykłada się do czasu pracy lądownika (jest też koncepcja „rozrzucenia” na powierzchni mniejszych, ale wytrzymalszych stacji pomiarowych), a bardziej badań atmosfery.

Oprócz pojazdu na orbicie przydałby się więc bezzałogowy pojazd badający atmosferę. Koncepcję takiego latającego drona w atmosferze Wenus rozważa między innymi Northrop Grumman. Projekt ma nazwę VAMP, czyli Venus Atmospheric Maneuverable Platform.

Taki dron byłby zapewne wkładem w misję Wenera-D ze strony amerykańskiej. Miałby rozwiązać zagadkę tak szybkiej rotacji atmosfery wokół powierzchni, a także wyjaśnić czy tajemnicze ciemne pasy materii widziane w powłoce chmur mogą kryć w sobie proste organizmy jak mikroby.

Źródło: NASA, Roscosmos, space.com popsci, inf. własna