На Венере обнаружен действующий вулкан • Новости науки

При сравнении архивных снимков поверхности Венеры, сделанных миссией НАСА «Магеллан» в начале и в конце 1991 года, ученые обнаружили изменение размеров и формы жерла крупнейшего венерианского вулкана Маат, а также появление на его склоне нового лавового потока. По мнению авторов статьи, опубликованной в свежем выпуске журнала Science, это первое неопровержимое доказательство того, что недра Венеры сохраняют активность, а на ее поверхности и сегодня продолжаются вулканические извержения.

Первое подробное и полномасштабное радиолокационное картирование Венеры выполнил в начале 1990 годов аппарат НАСА «Магеллан». По его итогам выяснилось, что на поверхности планеты весьма распространены образования вулканического происхождения, — конусообразные постройки и лавовые потоки, которые иногда формируют целые равнины. Кроме того, были выявлены многочисленные кольцевые вулкано-тектонические сооружения, названные «коронами» (см. corona). Предположительно они образовались при проседании коры над восходящими потоками горячего глубинного материала, по аналогии с мантийными плюмами Земли (рис. 2).

Долгое время планетологи считали, что геологическая активность на Венере завершилась как минимум 800 млн лет назад, и что ее кора с тех пор окончательно застыла и никакой расплавленный материал, даже если он сохранился на глубине, уже не может пробиться к поверхности.

Однако в 2020 году исследователи из Мэрилендского университета и Института геофизики Швейцарской высшей технической школы Цюриха построили цифровую модель термомеханического процесса образования корон (A. Gülcher et al., 2020. Corona structures driven by plume-lithosphere interactions and evidence for ongoing plume activity on Venus). Результаты моделирования, сопоставленные с данными трехмерного морфологического анализа, показали, что различные короны на поверхности планеты отражают разные этапы ее геологического развития, которое еще не закончилось (рис. 3). Авторы считают, что по крайней мере 37 кольцевых структур, включая самую большую корону Артемиды (Artemis Corona), до сих пор активны, что свидетельствует о широко распространенном продолжающемся плюмовом процессе в мантии Венеры.

Большинство активных структур сконцентрировано в пределах широтного «огненного кольца» в южном полушарии Венеры (рис. 4). С чем это связано, исследователи пока не знают. На Земле цепочки вулканов часто располагаются вдоль границ литосферных плит (см. Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо). Но на Венере тектоника плит отсутствует, так что здесь должна быть какая-то другая причина.

В том же году вышла статья, в которой авторы, участники коллаборации Universities Space Research Association (USRA), приводят минералого-геохимические подтверждения наличия современной вулканической активности на Венере.

В 2000-х годах европейский зонд «Венера-экспресс» несколько лет работал на орбите планеты, проводя съемку в видимом и ближнем инфракрасном (VNIR) диапазонах. Это позволило определить состав и относительный возраст лавовых полей Венеры, разделить их на более древние и молодые потоки. Однако конкретное время их появления оставалось непонятным.

Исследователи провели лабораторные эксперименты, изучив процессы изменения оливин-содержащих лав в условиях венерианской атмосферы. Оказалось, что под влиянием горячих газов оливин очень быстро, за считаные недели, покрывается коркой оксидов железа: гематита и магнетита. При этом его спектральные характеристики меняются. Расчеты показали, что уже через несколько дней после излияния лавы спектральные линии оливина начинают ослабевать. Но многие лавовые поля Венеры обладают VNIR-спектрами, характерными для неизмененного оливина. Отсюда авторы делают вывод, что они образовались совсем недавно, не более нескольких лет назад.

В новой работе, опубликованной в журнале Science, ее авторы, Роберт Херрик (Robert Herrick) из Аляскинского университета в Фэрбенксе и Скотт Хенсли (Scott Hensley) из Лаборатории реактивного движения НАСА, использовали в качестве исходных данных снимки поверхности Венеры, сделанные миссией «Магеллан» в 1990-1992 годах. Они отобрали полученные с определенным интервалом изображения одних и тех же областей, ранее идентифицированных как вероятно обладающие активным вулканизмом. Это были крупные одиночные вулканы, топографические поднятия, короны и щитовые вулканы, окруженные потоками лав. Затем провели сравнительный анализ разновременных изображений с помощью метода стереорадарограмметрии — аналога стереофотограмметрии, но для радарных снимков.

Поскольку Венера окутана плотной непрозрачной атмосферой, для съемки нельзя задействовать обычные оптические камеры. Вместо этого «Магеллан» использовал визуализирующий радар, который посылал к поверхности планеты импульсы микроволновой энергии, но не прямо вниз, а под небольшим углом к борту космического корабля. Поэтому прибор называется радаром бокового обзора. Такой прием позволяет получать проработку деталей с более высокой точностью.

Задача состояла в том, чтобы обнаружить изменения в вулканических конструкциях — конусах, жерлах, лавовых потоках, — возникшие между двумя пролетами аппарата. Открытие было сделано в районе Atla Regio, где находится самый высокий одиночный вулкан Венеры — гора Маат (Maat Mons). Он возвышается на 5 км над окружающей местностью и на 8,3 км над средним уровнем поверхности Венеры (рис. 5).

Гора Маат — это щитовой вулкан диаметром в сотни километров с очень пологими (в среднем 1,25°) склонами, покрытыми потоками застывшей лавы протяженностью до 400 км. На вершине горы находится кальдера размером 28×31 км, внутри которой различимы по меньшей мере пять кратеров диаметром 5-10 км. Помимо лавовых образований, на северном склоне виден крупный темный шлейф с размытыми границами, который интерпретируют как отложения пирокластического потока.

Целый ряд признаков указывает на то, что вулкан Маат образовался совсем недавно. Во-первых, на его склонах отсутствуют следы ударных кратеров. Во-вторых — исключительно большая высота, которая может свидетельствовать о наличии под ним поддерживающего мантийного плюма. В-третьих — необычное отсутствие венерианского «снега» — осадочной субстанции неизвестной природы с высоким альбедо в радиодиапазоне, которой покрыты многие горные вершины на Венере. Благодаря ему большинство гор Венеры на радарных снимках выглядят ярче окрестностей. Гора Маат — исключение. Она довольно темная по сравнению с другими горами такой же или даже меньшей высоты. Возможно, покрытие из радиоярких веществ недавно было залито лавой, засыпано пеплом или не смогло образоваться из-за особенностей химического состава поверхности.

«Магеллан» также обнаружил, что сила гравитации над горой Маат на удивление низкая, — признак того, что под ней находится горячий шлейф менее плотной породы из мантии. А параметры микроволнового излучения свидетельствуют о том, что химический состав ее поверхности напоминает молодую лаву.

В 1980-х годах зонды «Пионер-Венера-1» и «Пионер-Венера-2» зафиксировали в районе Atla Regio сильные колебания концентрации диоксида серы и метана в нижних и средних слоях атмосферы Венеры. Это тоже косвенным образом указывает на вулканическую активность.

Сравнив изображения, сделанные в феврале и октябре 1991 года, исследователи заметили изменения формы и размера одного из жерл на северной стороне вулкана. Округлое отверстие площадью 2,2 кв. км выросло примерно вдвое и приобрело неправильную форму, высота стен жерла уменьшилась, а само оно заполнилось лавой почти до краев, превратившись в лавовое озеро. На Земле изменения такого масштаба обычно связаны с вулканической активностью, будь то излияние лавы на поверхность или движение магмы под жерлом, которое вызывает обрушение его стен и расширение отверстия.

Проведя компьютерное моделирование, при котором рассматривались различные геологические события, такие как оползни или землетрясения, ученые пришли к выводу, что подобные изменения могли быть вызваны только извержением. Кроме того, на северном склоне горы Маат на более позднем снимке виден появившийся лавовый поток (рис. 6), сопоставимый по размерам с тем, который разлился при извержении щитового вулкана Килауэа на острове Гавайи в 2018 году.

Оба автора являются членами научной команды проекта VERITAS — предстоящей миссии НАСА к Венере, цель которой — составить детальную геологическую карту поверхности. Анализ топографических, спектроскопических, гравитационных и радиолокационных данных, полученных аппаратом, должен дать ответ на вопрос о том, какие геологические процессы существовали в прошлом на планете и какие действуют сейчас.

Херрик и Хенсли также участвуют в проекте EnVision — орбитальной миссии к Венере, разрабатываемой Европейским космическим агентством (ЕКА) для выполнения радиолокационного картирования и изучения атмосферы. Задача миссии — выяснить взаимосвязь между геологической активностью и атмосферой, а также понять, почему Венера и Земля пошли такими разными эволюционными путями.

Старт обеих миссий намечен на 2030-2031 годы. Обсуждаемое исследование проводилось в рамках подготовки к будущим проектам.

Источник: Robert R. Herrick, Scott Hensley. Surface changes observed on a Venusian volcano during the Magellan mission // Science. 2023. DOI: 10.1126/science.abm7735.

Владислав Стрекопытов