Зонд НАСА Parker Solar Probe сделал первые снимки поверхности Венеры в видимом свете из космоса.
Поверхность Венеры, окутанная густыми облаками, обычно скрыта от глаз. Но в двух недавних облетах планеты, Parker использовал свой широкоугольный формирователь изображений, или WISPR, для получения изображения всей ночной стороны в длинах волн видимого спектра — типа света, который может видеть человеческий глаз — и в ближнем инфракрасном диапазоне.
Изображения, объединенные в видео, показывают слабое свечение поверхности, которое показывает отличительные черты, такие как континентальные регионы, равнины и плато. Вокруг планеты также можно увидеть светящийся ореол кислорода в атмосфере.
«Мы в восторге от научных выводов, которые Parker Solar Probe предоставила до сих пор», — сказала Никола Фокс, директор отдела гелиофизики в штаб-квартире НАСА. «Паркер продолжает превосходить наши ожидания, и мы рады, что эти новые наблюдения, сделанные во время нашего гравитационного маневра, могут неожиданным образом помочь продвинуть исследования Венеры».
Такие изображения планеты, которую часто называют близнецом Земли, могут помочь ученым узнать больше о геологии поверхности Венеры, о том, какие минералы могут там присутствовать, и об эволюции планеты. Учитывая сходство между планетами, эта информация может помочь ученым понять, почему Венера стала негостеприимной, а Земля превратилась в оазис.
«Венера — третья по яркости вещь на небе, но до недавнего времени у нас было мало информации о том, как выглядела ее поверхность, потому что наш взгляд на нее закрыт плотной атмосферой», — сказал Брайан Вуд, ведущий автор нового исследования. физик Военно-морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне, округ Колумбия. «Теперь мы, наконец, впервые видим поверхность в видимом диапазоне длин волн из космоса».
Неожиданные возможности
Первые изображения Венеры WISPR были сделаны в июле 2020 года, когда Parker отправился в свой третий пролет, который космический корабль использует, чтобы наклонить свою орбиту ближе к Солнцу. WISPR был разработан, чтобы видеть слабые детали в солнечной атмосфере и ветре, и некоторые ученые думали, что они смогут использовать WISPR для изображения вершин облаков, скрывающих Венеру, когда Parker пролетает мимо планеты.
«Цель состояла в том, чтобы измерить скорость облаков», — сказал ученый проекта WISPR Ангелос Вурлидас, соавтор новой статьи и исследователь Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса.
Но вместо того, чтобы просто видеть облака, WISPR также видел поверхность планеты. Изображения были настолько поразительными, что ученые снова включили камеры во время четвертого прохода в феврале 2021 года. Во время пролета 2021 года орбита космического корабля идеально выровнялась, чтобы WISPR полностью отобразил ночную сторону Венеры.
«Изображения и видео просто поразили меня», — сказал Вуд.
Светящаяся, как металл из кузницы
Облака препятствуют большей части видимого света, исходящего от поверхности Венеры, но самые длинные видимые волны, которые граничат с ближним инфракрасным диапазоном, проходят. Днем этот красный свет теряется среди яркого солнечного света, отражающегося от вершин облаков Венеры, но в темноте ночи камеры WISPR смогли уловить это слабое свечение, вызванное невероятным теплом, исходящим от поверхности.
«Поверхность Венеры, даже на ночной стороне, составляет около 860 градусов, — сказал Вуд. «Так жарко, что каменистая поверхность Венеры заметно светится, как кусок железа, вытащенный из горна».
Проходя мимо Венеры, WISPR уловил диапазон длин волн от 470 до 800 нанометров. Часть этого света приходится на ближний инфракрасный диапазон — длины волн, которые мы не можем видеть, но воспринимаем как тепло, а часть находится в видимом диапазоне, между 380 и примерно 750 нанометрами.
Венера в новом свете
В 1975 году посадочный модуль «Венера-9» после приземления на Венеру сделал первые дразнящие снимки поверхности. С тех пор поверхность Венеры была обнаружена с помощью радаров и инфракрасных инструментов, которые могут видеть сквозь густые облака, используя длины волн света, невидимые для человеческого глаза. Миссия NASA Magellan создала первые карты в 1990-х годах с использованием радара, а космический корабль JAXA Akatsuki собрал инфракрасные изображения после выхода на орбиту вокруг Венеры в 2016 году. Новые изображения от Parker дополняют эти выводы, расширяя наблюдения до красных длин волн на границе того, что мы можем видеть.
Изображения WISPR показывают особенности на поверхности Венеры, такие как континентальный регион Земли Афродиты, плато Теллус Регио и равнины Айно-Планития. Поскольку в высокогорных регионах температура примерно на 85 градусов по Фаренгейту холоднее, чем в более низких областях, они проявляются в виде темных пятен среди более ярких низменностей. Эти особенности также можно увидеть на предыдущих радиолокационных изображениях, например, сделанных Magellan.
Помимо изучения особенностей поверхности, новые изображения WISPR помогут ученым лучше понять геологию и минеральный состав Венеры. При нагревании материалы светятся на уникальных длинах волн. Объединив новые изображения с предыдущими, ученые теперь имеют более широкий диапазон длин волн для изучения, что может помочь определить, какие минералы находятся на поверхности планеты. Такие методы ранее использовались для изучения поверхности Луны. Будущие миссии продолжат расширять этот диапазон длин волн, что будет способствовать нашему пониманию обитаемых планет.
Эта информация также может помочь ученым понять эволюцию планеты. Хотя Венера, Земля и Марс образовались примерно в одно и то же время, сегодня они очень разные. Атмосфера на Марсе составляет часть земной, в то время как на Венере атмосфера намного толще. Ученые подозревают, что вулканизм сыграл роль в создании плотной венерианской атмосферы, но необходимо больше данных, чтобы понять, как это сделать. Новые изображения WISPR могут дать представление о том, как вулканы могли повлиять на атмосферу планеты.
В дополнение к свечению поверхности новые изображения показывают яркое кольцо вокруг края планеты, вызванное атомами кислорода, излучающими свет в атмосфере. Этот тип света, называемый свечением воздуха, также присутствует в атмосфере Земли, где он виден из космоса, а иногда и с земли ночью.
Исследование планет
В то время как основной целью Parker Solar Probe является наука о Солнце, облеты Венеры предоставляют захватывающие возможности для получения дополнительных данных, которых не ожидалось при запуске миссии.
WISPR также сфотографировал орбитальное пылевое кольцо Венеры — след микроскопических частиц в форме пончика, разбросанных по орбите Венеры вокруг Солнца, — а прибор FIELDS провел прямые измерения радиоволн в венерианской атмосфере, помогая ученым понять, как верхние слои атмосферы меняются в течение 11-летнего цикла активности Солнца.
В декабре 2021 года исследователи опубликовали новые данные о повторном открытии кометоподобного хвоста плазмы, вытекающего из-за Венеры, называемого «хвостовым лучом». Новые результаты показали, что этот хвост частиц простирается почти на 5000 миль от атмосферы Венеры. Этот хвост может быть причиной того, как вода Венеры ушла с планеты, способствуя ее нынешней сухой и негостеприимной среде.
Хотя геометрия следующих двух пролетов, вероятно, не позволит Parker получить изображение ночной стороны, ученые продолжат использовать другие инструменты Parker для изучения космической среды Венеры. В ноябре 2024 года космический корабль получит последний шанс сфотографировать поверхность во время своего седьмого и последнего пролета.
Будущее исследований Венеры
Зонд Parker Solar Probe, построенный и управляемый Лабораторией прикладной физики Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, — не первая миссия, собирающая дополнительные данные о пролетах, но его недавние успехи вдохновили другие миссии на включение своих инструментов, когда они пролетают мимо. Венера. Помимо Parker, миссия ESA (Европейское космическое агентство) BepiColombo и миссия ESA и NASA Solar Orbiter решили собирать данные во время своих полетов в ближайшие годы.
Примерно в конце этого десятилетия к Венере отправятся новые космические аппараты с миссиями НАСА DAVINCI и VERITAS, а также с миссией ЕКА EnVision. Эти миссии помогут получить изображения и образцы атмосферы Венеры, а также перекартировать поверхность с более высоким разрешением с использованием инфракрасных длин волн. Эта информация поможет ученым определить минеральный состав поверхности и лучше понять геологическую историю планеты.
«Изучая поверхность и атмосферу Венеры, мы надеемся, что предстоящие миссии помогут ученым понять эволюцию Венеры и то, что сделало Венеру негостеприимной сегодня», — сказала Лори Глейз, директор отдела планетологии в штаб-квартире НАСА. «Хотя и DAVINCI, и VERITAS будут использовать преимущественно изображения в ближнем инфракрасном диапазоне, результаты Parker показали ценность изображений в широком диапазоне длин волн».
