Венеру раньше часто называли «сестрой Земли» из-за близких размеров и состава. Однако между планетами есть и очевидные различия: Земля тёплая, влажная и пригодная для жизни, а Венера представляет собой раскалённое пекло. Планетологи пытаются разобраться в причинах такого контраста. Ещё одна загадка состоит в том, что у Земли есть Луна, а у Венеры естественного спутника нет.
Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, посвящено как раз этому вопросу. Работу под названием «Tidal Demise: The Evolution and Fate of a Hypothetical Venus Moon» («Приливная гибель: эволюция и судьба гипотетической луны Венеры») возглавил Стивен Р. Кейн, профессор планетарной астрофизики Калифорнийского университета в Риверсайде, известный своими работами по экзопланетам и Венере. Учёные давно рассуждают о том, могла ли у Венеры когда-то быть луна и погибла ли она при столкновении — причём не с самой Венерой, а с другим объектом. Также высказывались предположения, что Венера никогда не переживала такого удара, который, согласно гипотезе гигантского столкновения, привёл к появлению Луны у Земли, и спутника у неё не было вовсе.
Если луна у Венеры всё же существовала, возникает вопрос, что с ней случилось. «У Венеры нет естественного спутника, что ставит вопрос о том, могла ли сформировавшаяся луна выжить, — пишут авторы. — Мы исследуем приливную эволюцию системы Венера — луна, связывая вращение Венеры с орбитой спутника под действием приливов от луны и Солнца». Венера отличается от других тел Солнечной системы не только чудовищной жарой и плотной атмосферой, способной раздавить спускаемые аппараты. Земля быстро вращается, совершая оборот за 24 часа, и передаёт часть вращательной энергии Луне, из-за чего та постепенно удаляется от нашей планеты. Венера же вращается гораздо медленнее — оборот занимает 243 дня — и к тому же в обратном направлении. По этим причинам, а также из-за более сильного влияния Солнца любая гипотетическая луна Венеры должна была бы по спирали приближаться к планете.
Это означает, что если спутник у Венеры и был, для его уничтожения не требовалось катастрофического столкновения. «Моё исследование показывает, что Венере не нужна была катастрофа, чтобы прийти к тому, что мы видим сегодня, — приводит слова Кейна пресс-релиз. — Оказывается, гравитация самой планеты в сочетании со скоростью её вращения естественным образом заставили луну упасть на неё». Земля и Венера могли начинать как планеты-сёстры, но с момента формирования миллиарды лет назад их пути сильно разошлись. Планетологи хотят понять, насколько наличие или отсутствие луны повлияло на эти различия, и данный вопрос можно изучать на примере собственной Солнечной системы.
Чтобы разобраться лучше, Кейн с коллегами построили компьютерную модель гравитационного взаимодействия планетных тел. Точность модели проверили, воссоздав с её помощью эволюцию системы Земля — Луна. В ходе работы масса гипотетической луны Венеры варьировалась от половины до десяти масс Луны Земли, а также менялась скорость вращения Венеры, которая, как считается, изначально была чрезвычайно быстрой, прежде чем замедлиться до нынешнего обратного вращения. Большинство симуляций завершились одинаково: гипотетическая луна врезалась в Венеру, причём чем массивнее была луна, тем раньше происходило столкновение. «Когда я сделал это открытие, я был потрясён, — сказал Кейн. — Я думал, что широкий диапазон сценариев, которые я исследовал, приведёт к разнообразным результатам. Но всё пошло примерно в одном направлении».
Работа не даёт ответа на вопрос, была ли у Венеры луна когда-либо. Зато она показывает, как долго спутник мог бы просуществовать, и срок этот невелик. «Объяснение современного состояния Венеры требует одновременного выполнения двух условий: потери спутника и замедления изначально быстро вращающейся планеты, — пишут исследователи. — Оба выполняются лишь в ограниченной области параметров, что благоприятствует умеренным периодам вращения после удара и массам луны от лунной до сверхлунной». Если луна действительно падала на Венеру, найти доказательства этого крайне сложно. Ни один спускаемый аппарат не проработал на её поверхности дольше примерно двух часов, и произошло это лишь однажды много десятилетий назад. К тому же поверхность планеты слабо покрыта кратерами, что говорит о почти полном обновлении в результате крупного вулканического события сотни миллионов лет назад, а значит, очевидные следы стёрты. Но шанс найти свидетельства древнего столкновения всё же остаётся: на Земле учёные обнаружили подповерхностные сейсмические признаки гигантского удара, создавшего Луну, и нечто подобное может скрываться под поверхностью Венеры.
Хотя сейчас Венера негостеприимна, так было не всегда. Учёные задаются вопросом, были ли на ней океаны и более умеренный климат. Если да и если древняя луна столкнулась с планетой, это могло стать для неё роковым. «Наличие крупного спутника в течение первых примерно 1 млрд лет истории Венеры имело бы несколько последствий для ранней обитаемости планеты, — пишут авторы. — Луна массой около 1 массы Луны стабилизировала бы наклон оси Венеры против хаотических изменений, потенциально поддерживая благоприятные условия освещённости для обитаемости поверхности». По мнению учёных, луны могут влиять на обитаемость и появление жизни: спутник вызывал бы приливы, которые распределяли тепло по океану, способствуя пригодности для жизни. «Я считаю, что от луны есть польза, но для обитаемости она не обязательна, — сказал Кейн. — Луна определённо изменила путь эволюции Земли, но мы не знаем в полной мере, насколько важна эта роль». Обитаемость была бы уничтожена, если бы луна врезалась в Венеру. «Окончательное разрушение луны на пределе Роша высвободило бы массивный импульс энергии в поверхность и атмосферу Венеры, что могло бы привести к потере поверхностной воды и началу необратимого парникового состояния», — поясняют авторы.
Предстоящие миссии к Венере могут косвенно помочь в решении этого вопроса. Миссии NASA DAVINCI и VERITAS займутся изучением поверхности планеты. DAVINCI включает орбитальный аппарат и спускаемый зонд, а VERITAS — только орбитальный. VERITAS составит карту поверхности Венеры в высоком разрешении, и наблюдения многое расскажут о планете. Если следы быстрой глобальной перестройки существуют, аппарат должен их обнаружить. Хотя это не докажет, что причиной стало падение луны, учёные не смогут исключить такую версию. Полученные результаты применимы и к экзопланетам: они показывают, что похожие на Венеру миры вблизи своих звёзд могут оказаться непригодными для жизни. «Применение этих результатов к экзопланетам Венерной зоны позволяет предположить, что медленно вращающиеся планеты земного типа во внутренних областях планетных систем вряд ли сохраняют крупные спутники, что имеет важные последствия для стабильности их наклона оси и долгосрочной обитаемости», — заключают авторы.