APJ: положение Венеры и Луны было обречено с самого начала

Фото из открытых источников

Одна из самых больших загадок нашей Солнечной системы долгое время заключалась в том, почему у Венеры нет спутника. Венеру часто называют двойником Земли, она почти такой же массы и размера, как наша планета. Но у неё невероятно странное ретроградное вращение с периодом обращения 243 дня.

В новой статье, только что опубликованной в The Astrophysical Journal, Стивен Кейн, многолетний исследователь Венеры, планетарный астрофизик из Калифорнийского университета в Риверсайде, и его коллеги показывают, что спутник Венеры был бы обречен с самого начала.

Моделирование, проведенное командой, показывает, что в большинстве правдоподобных сценариев любой спутник Венеры, который у нее когда-либо был, свернул бы внутрь по спирали и был бы разорван собственной гравитацией планеты. Такой сценарий, вероятно, произошел бы в течение первого миллиарда лет после образования спутника.

Это означает, что отсутствие спутника у Венеры может быть естественным следствием обычной приливной физики, а не свидетельством какой-то экзотической катастрофы, — говорит Кейн. — Используя модель, которая отслеживает гравитационные приливы между Венерой, гипотетическим спутником, и Солнцем на протяжении миллиардов лет, мы обнаружили, что спутник может существовать только при узком наборе условий: быстро вращающаяся ранняя Венера и спутник не тяжелее нашего собственного.

В ходе индивидуальных симуляций команда систематически варьировала начальное вращение Венеры, массу спутника, эксцентриситет орбиты Венеры и свойства ее недр.

«Мы создали компьютерную модель, которая отслеживает медленное гравитационное противостояние между планетой и луной на протяжении миллиардов лет», — говорит Кейн. «Те же самые физические процессы постепенно отталкивают нашу Луну от Земли на несколько сантиметров в год».

Но так называемый предел Роша — это препятствие, связанное с влиянием Венеры и Луны. Предел Роша — это расстояние, ниже которого приливная гравитация планеты становится сильнее собственной гравитации спутника, удерживающей её вместе. Внутри этого расстояния спутник буквально разрывается на части, образуя кольцо из обломков.

«Это те же самые физические законы, которые обеспечивают Сатурну кольца», — говорит Кейн. «Для спутника, вращающегося вокруг Венеры, мы рассчитываем этот предел примерно на уровне 2,85 радиуса Венеры, что составляет приблизительно 17 000 км от центра планеты», — добавляет он.

Любой спутник, втянутый внутрь планеты за эту границу, не выживает и в конечном итоге обрушивается на планету в виде осадков.

Однако крупные луны, подобные нашему естественному спутнику, могут творить чудеса, делая ту или иную планету более пригодной для жизни.

По словам Кейна, большой спутник действует как гироскопический стабилизатор, поддерживая постоянный наклон оси планеты в течение длительных периодов времени. Без него наклон оси планеты может хаотично изменяться, что может вызвать резкие колебания климата, добавляет он.

Таким образом, потеря луны устраняет один из источников долгосрочной климатической стабильности.

Запуск запланированной НАСА миссии DAVINCI к Венере к концу этого десятилетия потенциально может обнаружить в атмосфере Венеры свидетельства существования подобных давно разрушенных спутников.

Однако поступление материала с разрушенной луны на поздней стадии будет иметь отчетливый характерный сигнал, хотя, как пишут авторы, отделить этот сигнал от последствий последующего вулканического выброса газов и утечки из атмосферы остается серьезной проблемой.

Если бы спутник был уничтожен, и его вещество упало на Венеру, это могло бы изменить химический состав поверхности и атмосферы, говорит Кейн. А содержание благородных газов и изотопные соотношения — это именно те чувствительные индикаторы, которые могли бы оставить такой след, добавляет он.

Миссия DAVINCI предназначена для проведения именно таких измерений атмосферы непосредственно во время спуска. И эти результаты, вероятно, позволят предсказать, что обнаружат планетологи при изучении экзопланет, подобных Венере, вращающихся вокруг других звезд, подобных Солнцу.

«Наша работа предсказывает, что «веноподобные» миры — каменистые планеты, вращающиеся близко к своим звездам и медленно вращающиеся вокруг них, — тоже, как правило, должны быть без лун, говорит Кейн. Это проверяемое предсказание для телескопов следующего поколения, и оно напрямую влияет на то, как мы оцениваем, какие далекие миры могут быть пригодны для жизни», - добавляет он.

Земля сформировалась, вращаясь достаточно быстро, чтобы Луна сместилась наружу и продолжила движение по этой траектории, говорит Кейн. Но если бы Земля сформировалась, вращаясь значительно медленнее, то Луна могла бы быть втянута внутрь и разрушена, добавляет он.

Наличие большой, стабилизирующей Луны не гарантируется сильным столкновением; это также зависит от того, как в итоге Земля приобретет правильное вращение.

Венере не так повезло. Ее невероятно медленное вращение, похоже, предопределило ее судьбу как безлунного небесного тела. Такая судьба может быть ключевым фактором, объясняющим столь разные пути эволюции Земли и Венеры. Таким образом, медленное вращение каменистой планеты может быть ключевым фактором ее пригодности для жизни в конечном итоге.

Венера показывает нам другую ветвь этой истории: что происходит, когда планета оказывается не по ту сторону границы вращения, говорит Кейн.