Венера съела свою луну: новое исследование объясняет, почему у близнеца Земли нет спутника

Ученые, возможно, наконец поняли, почему у Венеры, близнеца Земли, нет луны: самая горячая планета Солнечной системы, возможно, поглотила свой собственный естественный спутник.

Венеру часто называют близнецом Земли из-за размера, массы, каменистого состава и расстояния от Солнца, но между двумя планетами есть вопиющие различия. Помимо обжигающе горячей температуры Венеры, способной расплавить свинец, невероятного давления на поверхности, яростных высокоскоростных ветров и облаков серной кислоты, одно из ключевых различий между Землей и Венерой видно издалека. У нашей планеты есть постоянный спутник в виде Луны, а у Венеры собственной луны нет. Более того, единственные планеты Солнечной системы без лун — Венера, вторая планета от Солнца, и Меркурий, ближайшая к Солнцу планета.

Один из вопросов, над которым ученые ломали голову годами: всегда ли у Венеры не было луны, или у самой горячей планеты Солнечной системы когда-то был спутник, который она каким-то образом потеряла. Теперь команда исследователей, возможно, нашла ответ, определив судьбу, которая постигла бы гипотетическую луну на орбите Венеры.

«Меня всегда восхищало формирование и эволюция лун в Солнечной системе, особенно Венеры, поскольку мои исследования сосредоточены на ее эволюции и потенциале прошлой обитаемости, — сказал руководитель команды Стивен Р. Кейн из Калифорнийского университета в Риверсайде. — Венера — близнец Земли, они почти идентичны по размеру, массе и составу. Однако у Земли есть большая Луна, а у Венеры нет вообще никакой луны, даже маленького захваченного спутника.

«Венера, несомненно, пережила крупные столкновения, как и Земля, и поэтому имела столько же, если не больше, возможностей сформировать луну, похожую на ту, что мы видим в нашем небе».

Кейн и его коллеги создали симуляцию, чтобы проверить свои идеи о том, что могло случиться с венерианской луной.

«Работа включала возвращение к фундаментальной физике и создание симуляции с нуля, которую я проверил, убедившись, что могу воспроизвести эволюцию системы Земля-Луна, — сказал Кейн. — Момент, когда я понял, что наша модель дает полное объяснение отсутствию луны у Венеры, был захватывающим!»

Венера поглотила собственную луну?

Команда смоделировала гравитационное перетягивание каната между Венерой, гипотетической луной и Солнцем, проследив его вперед на миллиарды лет.

«Это та же физика, что управляет нашей Луной, которая медленно отдаляется от Земли. Мы прогнали расчеты по широкому спектру возможностей того, как быстро вращалась Венера и насколько массивной могла быть ее луна, используя два независимых математических описания того, как работают приливы», — объяснил Кейн.

Исследователь сказал, что это было сделано, чтобы выводы не зависели от одного набора допущений. Они обнаружили, что в большинстве случаев венерианская луна не отдалялась бы безопасно, как наша. Вместо этого моделирование показало, что луна на орбите Венеры в конце концов развернулась бы и пошла по спирали внутрь, где гравитация планеты разорвала бы ее.

Кейн и его коллеги также выяснили, что внушительный размер не гарантировал бы венерианской луне выживание.

«Интересный аспект в том, что более тяжелая луна уничтожается быстрее, поскольку массивная луна настолько эффективно отбирает вращение Венеры, что ускоряет собственное разрушение», — добавил Кейн.

Но есть ли обстоятельства, при которых венерианская луна могла бы выжить?

«Выживание зависело от двух главных вещей: Венера должна была быстро вращаться при формировании луны, с днем короче примерно 12 часов, а луна не могла быть слишком массивной — примерно до массы нашей Луны, — сказал руководитель команды Стивен Р. Кейн. — В этом узком окне луна мигрирует наружу и стабилизируется, как это произошло с земной. За пределами этого диапазона луна, увы, обречена быть поглощенной Венерой.

«Так что выжившая луна должна была быть скромных размеров, обращаясь вокруг быстро вращавшейся ранней Венеры, — условия, которые не соответствуют тому, какой, как мы думаем, была ранняя Венера».

Возможно, мы никогда не узнаем окончательно, уничтожила ли Венера собственную луну, поскольку Кейн считает, что собрать прямые доказательства из астрономических наблюдений будет очень трудно.

«Найти прямые наблюдательные доказательства довольно сложно. Луна, потерянная миллиарды лет назад, оставила бы мало или совсем не оставила бы прямых следов, на которые мы могли бы сегодня навести телескоп, поэтому мы не можем наблюдать само событие, — сказал Кейн. — Однако есть косвенные пути. Например, если луна была разрушена и ее обломки выпали на Венеру, это могло оставить химический отпечаток в поверхности или атмосфере планеты, и предстоящие миссии к Венере, включая зонд NASA DAVINCI, детально измерят состав атмосферы».

Если такие миссии, как DAVINCI, помогут лучше понять недра Венеры, это также улучшит модели, подобные использованной в этом исследовании. Дело в том, что результаты таких моделей зависят от свойств недр Венеры, которые сейчас плохо изучены.

«Есть более широкая проверка за пределами нашей Солнечной системы: наши результаты предсказывают, что медленно вращающиеся, похожие на Венеру планеты у других звезд, как правило, не должны иметь больших лун. Когда астрономы начнут искать луны у экзопланет, это предсказание можно будет проверить на реальных данных», — сказал Кейн.

Кейн и его коллеги не собираются почивать на лаврах в ожидании данных от Венеры или похожих на Венеру экзопланет. Пока им есть над чем работать.

«У нашей работы множество следствий, которые я хотел бы изучить дальше. Среди них — композиционные и атмосферные последствия поглощения венерианской луны, которые можно проверить уже сейчас, — заключил Кейн. — Я также хотел бы исследовать похожие эффекты для Меркурия и Марса и провести дальнейшие исследования случаев экзопланет, где могли происходить подобные столкновения с лунами».

Исследование команды доступно в виде препринта на репозитории arXiv.

Близнец, потерявший спутник

Отсутствие луны у Венеры — одна из тех загадок, которые кажутся незначительными, пока не задумаешься.

Земля и Венера почти идентичны: размер, масса, состав. Но у Земли — большая Луна, стабилизирующая ось и приливы. У Венеры — ничего.

Модель Кейна предлагает элегантное объяснение: у Венеры, вероятно, были такие же шансы обзавестись луной, как у Земли. Но ее медленное вращение стало приговором для спутника. Луна не смогла отдалиться — она упала обратно.

Если это так, Венера буквально съела свою луну. И где-то в ее атмосфере или поверхности может остаться химический след этого каннибализма.

Миссия DAVINCI, которая впервые детально изучит состав венерианской атмосферы, может найти этот след. А вместе с ним — ответ на вопрос, который мучил астрономов десятилетиями.

Для науки это напоминание: даже близнецы могут иметь совершенно разные судьбы. Земля сохранила своего спутника. Венера — поглотила своего. И именно это, возможно, сделало одну планету колыбелью жизни, а другую — адом.

Источники: препринт исследования на arXiv, интервью Стивена Р. Кейна Space.com.