De volgende Venus-missies zullen ons vertellen over bewoonbare werelden elders

NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech en NASA

Toen de DAVINCI+ en VERITAS missies naar Venus waren groen licht gekregen van NASA vorige week , was de wetenschappelijke gemeenschap verbijsterd. De meesten hadden verwacht dat NASA, die in 30 jaar geen speciale missie naar Venus had gelanceerd, tegen het einde van het decennium ten minste één missie vanaf de zon naar de tweede planeet zou sturen. Twee missies bliezen echter ieders geest.

Misschien anticipeerde NASA iets waar we nog maar net omheen draaien: DAVINCI+ en VERITAS zullen een enorme impact hebben, niet alleen als het gaat om de verkenning van Venus en het zonnestelsel, maar ook als het gaat om ons begrip van bewoonbare, levendragende werelden daarbuiten ons zonnestelsel zelf.

Terwijl onze ontdekkingen van exoplaneten zich blijven opstapelen (en we hebben gezien) meer dan 11.000 mogelijke exoplaneten tot nu toe) moeten we leren of een planeet ter grootte van de aarde waarschijnlijker op de aarde lijkt, of meer op Venus. We weten niet welke van die uitkomsten de verwachte of waarschijnlijke is, zegt Paul Byrne, een planetaire wetenschapper aan de North Carolina State University. En om daar achter te komen, moeten we Venus een stuk beter begrijpen.

De meeste wetenschappers zijn het erover eens dat alle bewoonbare exoplaneten water nodig hebben.

Met oppervlaktetemperaturen van 471 °C en oppervlaktedrukken die 89 keer zo hoog zijn als die van de aarde, lijkt het onmogelijk dat er ooit water op Venus heeft bestaan. Maar Venus en Aarde zijn ongeveer even groot, even oud, en onze beste gok is dat ze van vergelijkbare materialen zijn gemaakt en zijn geboren met zeer vergelijkbare startomstandigheden. Venus staat 30% dichter bij de zon dan de aarde, wat significant is, maar niet overweldigend. En toch zijn deze twee planeten na 4,5 miljard jaar heel anders vergaan.

Er is zelfs steeds meer bewijs dat Venus misschien lang geleden de thuisbasis was van water. De Pioneer Venus-missies die in 1978 werden gelanceerd, hebben enkele verleidelijke metingen gedaan van de deuterium-waterstofverhouding in de atmosfeer, wat suggereert dat Venus in de loop van de tijd een ton water had verloren. Maar we hebben nooit een echte missie gehad die deze geschiedenis van water op Venus kon bestuderen, op zoek kon gaan naar oude waterstromingskenmerken aan de oppervlakte, of kon begrijpen of het het soort geologische en klimatologische omstandigheden bezat die essentieel zijn voor water en voor bewoonbare omstandigheden .

Er kunnen twee bewoonbare werelden naast elkaar zijn geweest voor een onbekende hoeveelheid tijd in ons zonnestelsel, zegt Giada Arney, de plaatsvervangend hoofdonderzoeker van DAVINCI+. Hoewel Venus tegenwoordig onbewoonbaar is, betekent het feit dat het ooit bewoonbaar is geweest, dat het niet altijd voor zo'n hels lot was bestemd als de omstandigheden iets gunstiger zouden veranderen.

En dat is goed nieuws voor hoe we verre exoplaneten evalueren. Als we verder kijken dan het zonnestelsel, zou dit er ook op kunnen wijzen dat bewoonbare planeten vaker voorkomen dan we eerder hadden verwacht, zegt Arney.

Er zijn twee leidende theorieën over wat er met Venus is gebeurd - en ze hebben allebei implicaties voor wat we zouden kunnen verwachten op andere exoplaneten. De eerste, consistent met onze huidige, maar beperkte waarnemingen, is dat Venus vanaf het begin als een hete puinhoop begon en nooit toegaf. Kijk, hoe dichter een planeet om zijn moederster draait, hoe groter de kans dat hij langzaam roteert (of zelfs getijde wordt vergrendeld waar één kant permanent naar de ster is gericht, zoals de maan zich rond de aarde bevindt).

Langzame rotators zoals Venus hebben het over het algemeen moeilijker om een ​​globaal klimaat te handhaven dat koel en comfortabel is - en een tijdje werd aangenomen dat dit waarschijnlijk de reden was waarom Venus heet en ondraaglijk werd. De zonnestralen bombardeerden de planeet met hitte en een damprijke atmosfeer condenseerde nooit tot vloeibaar water op het oppervlak. Ondertussen werkten de koolstofdioxide-, water- en zwaveldioxidegassen in de lucht als broeikasgassen die alleen dienden om al die warmte vast te houden. En dat bleef zo ​​voor 4 miljard jaar, geven of nemen.

Dan is er een nieuwe theorie die onlangs is ontwikkeld door Michael Way en anderen bij NASA's Goddard Institute for Space Studies. Dat model laat zien dat als je een paar kleine aanpassingen maakt in het klimaat van deze planeten, ze halfrond-lange wolkenvormen kunnen ontwikkelen die consequent tegenover de gastster staan, weerkaatst veel stellaire warmte . Als gevolg hiervan blijft een planeet als Venus gematigd en condenseert de atmosferische stoom in vloeibare oceanen aan het oppervlak. Het werk van Way laat zien dat zodra je dit punt bereikt, de planeet haar temperatuur zelf kan regelen, zolang andere aardachtige processen zoals platentektoniek (die helpt bij het verwijderen van koolstofdioxide uit de atmosfeer) de opbouw van broeikasgassen kunnen verminderen.

Het is een ingewikkelde hypothese, vol kanttekeningen. En als Venus het bewijs is dat langzame rotators meer bewoonbare omstandigheden kunnen ontwikkelen, is het ook een bewijs dat deze omstandigheden kwetsbaar en mogelijk vluchtig zijn. Mensen die het model van Way kopen, denken dat wat waarschijnlijk op Venus is gebeurd, is dat een enorme hoeveelheid vulkanische activiteit overweldigde de planeet met koolstof en veranderde de atmosfeer 96% koolstofdioxide, waardoor alle reliëfplaattektoniek teniet werd gedaan.

En toch is het een hypothese die de moeite waard is om te testen via DAVINCI+ en VERITAS, omdat, zoals Arney opmerkt, veel van de potentieel bewoonbare exoplaneten die we hebben ontdekt langzame rotators zijn die rond sterren met een lage massa draaien. Omdat deze sterren zwakker zijn, moeten planeten er meestal dichtbij draaien om voldoende warmte te ontvangen om de vorming van vloeibaar water mogelijk te maken. Als ze halfrond-lange wolken vormen, kunnen ze mogelijk bewoonbare klimaten behouden. De enige manier waarop we momenteel kunnen onderzoeken of deze hypothese klopt, is door eerst te kijken of het op Venus is gebeurd.

Maar voordat we het model van Way op andere exoplaneten kunnen toepassen, moeten we bepalen of het Venus verklaart. DAVINCI+ zal afdalen naar Venus en direct de chemie en samenstelling van de atmosfeer onderzoeken, en het oppervlak op zijn weg naar beneden in beeld brengen. Het zou in staat moeten zijn om het soort gegevens te verzamelen dat ons helpt te vertellen of Venus eerder in zijn leven echt nat was, en ook meer van zijn klimaatgeschiedenis uit te werken en of er zich echt een halfrond-lange wolk had kunnen vormen.

De VERITAS-orbiter zal de geologie van de planeet ondervragen en beelden met een hoge resolutie maken door middel van radarwaarnemingen die mogelijk bewijs kunnen detecteren van terrein of landvormen die zijn gecreëerd door waterstromen of vroegere tektoniek. Het meest opwindende doelwit is misschien wel de tessera: zwaar vervormde hooglandgebieden waarvan wordt aangenomen dat ze de oudste geologische kenmerken op aarde zijn. Als VERITAS bewijs ziet van oude oceanen - of op zijn minst van het soort geologische activiteit dat de planeet lang geleden gematigder had kunnen houden - zal dit het idee ondersteunen dat andere langzaam roterende exoplaneten dezelfde omstandigheden zouden kunnen bereiken.

Als je erover nadenkt dat ze samen gaan, wordt het eigenlijk een soort complementaire megamissie, zegt Lauren Jozwiak, een planetaire wetenschapper bij het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory die aan de VERITAS-missie werkt. Dit idee dat je zowel geologische kartering als atmosferische sondering zou willen doen, was de kern van hoe je Venus zou willen onderzoeken, zegt Jozwiak.

Uiteindelijk, als Venus altijd onbewoonbaar was, dan heeft de reden waarschijnlijk te maken met de nabijheid van de zon. Dus elke exoplaneet van vergelijkbare grootte die in verhouding dicht bij zijn eigen ster staat, zal waarschijnlijk op Venus lijken. En we kunnen ons onderzoek beter richten op exoplaneten die verder van hun sterren verwijderd zijn.

Aan de andere kant, als Venus een periode van afkoeling heeft gehad voordat het in een permanente oven veranderde, betekent dit dat we exoplaneten in de Venus-zone serieus moeten nemen, omdat ze misschien nog steeds bewoonbaar zijn. Het suggereert ook dat factoren zoals platentektoniek en vulkanisme een cruciale rol spelen bij het bemiddelen van bewoonbare omstandigheden, en we moeten manieren vinden om deze dingen ook op verre werelden te onderzoeken.

Hoe meer we nadenken over wat DAVINCI+ en VERITAS zouden kunnen bereiken, hoe meer het lijkt alsof we eigenlijk onderschatten hoe enthousiast we zouden moeten zijn. Deze volgende missies zullen de manier waarop we denken over zowel Venus als planetaire vorming in het algemeen volledig veranderen, zegt Jozwiak. Het is een spannende tijd om erachter te komen of Venus de 'eens en toekomstige aarde' is.

zich verstoppen