Венеру долгое время называли «сестрой Земли» из-за близких размеров и состава. Однако отличий между планетами немало: если Земля — тёплый и обитаемый мир, то Венера представляет собой раскалённую и крайне негостеприимную среду. Ещё одно заметное различие состоит в том, что у Земли есть Луна, а у Венеры естественного спутника нет.
Планетологи задаются вопросом, существовала ли у Венеры луна в прошлом и что с ней могло произойти. Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal под названием «Tidal Demise: The Evolution and Fate of a Hypothetical Venus Moon», рассматривает эти вопросы. Ведущий автор работы — Стивен Р. Кейн, профессор планетарной астрофизики Калифорнийского университета в Риверсайде, известный своими исследованиями экзопланет и Венеры.
Ранее учёные выдвигали разные версии: что гипотетическая луна Венеры могла погибнуть при столкновении не с самой планетой, а с другим объектом, либо что Венера никогда не переживала удара, подобного тому, который, согласно гипотезе гигантского столкновения, привёл к появлению Луны у Земли. «У Венеры нет естественного спутника, что поднимает вопрос о том, могла ли сформировавшаяся луна выжить, — пишут авторы. — Мы исследуем приливную эволюцию системы Венера — луна, связывая вращение Венеры с орбитой спутника под действием приливов от луны и Солнца».
Венера выделяется среди тел Солнечной системы не только экстремальной жарой и плотной атмосферой, способной раздавить посадочные аппараты. Земля совершает оборот за 24 часа и передаёт вращательную энергию Луне, из-за чего та постепенно удаляется. Венера же вращается гораздо медленнее — оборот занимает 243 дня — и делает это в обратном направлении. По этим причинам, а также из-за более сильного влияния Солнца любая гипотетическая луна Венеры должна была бы по спирали приближаться к планете. Это означает, что для её исчезновения катастрофическое столкновение не требовалось. «Моё исследование показывает, что Венере не нужна была катастрофа, чтобы прийти к тому, что мы наблюдаем сегодня, — приводит слова Кейна пресс-релиз. — Оказалось, что гравитация самой планеты в сочетании со скоростью её вращения естественным образом заставила луну упасть на неё».
Чтобы разобраться в вопросе, Кейн с коллегами построили компьютерную модель гравитационного взаимодействия планетных тел и проверили её точность, воссоздав эволюцию системы Земля — Луна. В расчётах масса гипотетической луны Венеры варьировалась от половины до десяти масс Луны Земли, а скорость вращения Венеры менялась: предполагается, что изначально она вращалась очень быстро, прежде чем замедлиться до нынешнего обратного движения. Большинство симуляций завершились одинаково — луна врезалась в Венеру, причём чем массивнее было тело, тем раньше происходило столкновение. «Когда я сделал это открытие, я был потрясён, — сказал Кейн. — Я думал, что широкий диапазон сценариев, которые я изучал, приведёт к разнообразным результатам. Но всё пошло примерно в одном направлении».
Работа не даёт ответа на вопрос, была ли у Венеры луна когда-либо, но показывает, как долго она могла бы просуществовать — и срок этот невелик. «Объяснение современного состояния Венеры требует одновременного выполнения двух условий: потери спутника и замедления изначально быстро вращающейся планеты, — отмечают исследователи. — Оба выполняются лишь в ограниченной области параметров, что благоприятствует умеренным периодам вращения после удара и массам луны от лунной до сверхлунной». Если луна действительно падала на Венеру, найти доказательства крайне сложно: ни один аппарат не проработал на поверхности дольше примерно двух часов, да и то лишь однажды много десятилетий назад, а сама поверхность слабо покрыта кратерами, что указывает на почти полное обновление в результате крупного вулканического события сотни миллионов лет назад. Возможно, следы древнего столкновения сохранились под поверхностью — подобно сейсмическим свидетельствам гигантского удара, обнаруженным в недрах Земли.
Учёные также рассматривают связь гипотетической луны с ранней обитаемостью Венеры. «Наличие крупного спутника в течение первых ~1 млрд лет существования Венеры имело бы несколько последствий для ранней обитаемости планеты, — пишут авторы. — Луна массой ~1 массы Луны стабилизировала бы наклон оси Венеры против хаотических изменений, потенциально поддерживая благоприятные условия освещённости для обитаемости поверхности». Спутник создавал бы приливы, которые распределяли бы тепло в океане, способствуя обитаемости. «Я считаю, что наличие луны даёт преимущества, но для обитаемости оно не обязательно, — сказал Кейн. — Луна определённо изменила путь эволюции Земли, но мы не знаем полностью, насколько важна эта роль». Если бы луна разрушилась, обитаемость была бы уничтожена: «Окончательное разрушение луны на пределе Роша высвободило бы массивный импульс энергии в поверхность и атмосферу Венеры, что могло бы привести к потере поверхностной воды и запуску парникового состояния», — поясняют авторы. Будущие миссии NASA DAVINCI и VERITAS займутся изучением поверхности Венеры: DAVINCI включает орбитальный аппарат и спускаемый зонд, а VERITAS — только орбитальный, который составит карту поверхности в высоком разрешении. Если быстрое глобальное переустройство поверхности существовало, аппараты должны найти его следы, хотя это и не докажет, что причиной была луна. Результаты также применимы к экзопланетам: «Применение этих результатов к экзопланетам Венеры-зоны позволяет предположить, что медленно вращающиеся землеподобные планеты во внутренних областях планетных систем вряд ли сохраняют крупные спутники, что имеет важные последствия для стабильности их наклона оси и долгосрочной обитаемости», — заключают авторы.