Мимолетный визит миссии ESA/JAXA BepiColombo к Венере позволил узнать удивительные подробности о том, как газы улетучиваются из верхних слоев атмосферы планеты.
Обнаруженные в ранее не изученной области магнитной среды Венеры, они показывают, что углерод и кислород ускоряются до скоростей, при которых они могут избежать гравитационного притяжения планеты. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Лина Хадид, научный сотрудник CNRS из Лаборатории физики плазмы (LPP) и ведущий автор исследования, говорит: "Это первый случай, когда положительно заряженные ионы углерода были замечены выходящими из атмосферы Венеры. Это тяжелые ионы, которые обычно движутся медленно, поэтому мы все еще пытаемся понять, какие механизмы задействованы. Возможно, их уносит от планеты электростатический "ветер", а возможно, они ускоряются за счет центробежных процессов".
В отличие от Земли, Венера не генерирует собственное магнитное поле в своем ядре. Тем не менее, слабая, кометная "индуцированная магнитосфера" создается вокруг планеты в результате взаимодействия заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечный ветер), с электрически заряженными частицами в верхних слоях атмосферы Венеры. Вокруг магнитосферы находится область, называемая "магнитошеей", где солнечный ветер замедляется и нагревается.
10 августа 2021 года BepiColombo пролетел мимо Венеры, чтобы замедлиться и скорректировать курс в направлении конечного пункта назначения — Меркурия. Космический аппарат пронесся над длинным хвостом магнитосферы Венеры и вышел через нос ближайшей к Солнцу магнитной области. В течение 90-минутного периода наблюдений приборы зонда BepiColombo измеряли количество и массу встречающихся заряженных частиц, получая информацию о химических и физических процессах, приводящих к выходу атмосферы во фланге магнитосферы.
В начале своей истории Венера имела много общего с Землей, включая значительное количество жидкой воды. В результате взаимодействия с солнечным ветром вода улетучилась, оставив атмосферу, состоящую в основном из углекислого газа и небольшого количества азота и других микроорганизмов.
Предыдущие миссии, включая орбитальный аппарат NASA Pioneer Venus Orbiter и космический аппарат ESA Venus Express, провели детальные исследования типа и количества молекул и заряженных частиц, которые теряются в космосе. Однако орбитальные траектории этих миссий оставили некоторые области вокруг Венеры неисследованными, а многие вопросы — без ответа.
Данные для исследования были получены анализатором масс-спектра (MSA) и ионным анализатором Меркурия (MIA) во время второго пролета Венеры на аппарате BepiColombo. Эти два датчика являются частью пакета приборов Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE), который несет Mio, возглавляемый JAXA орбитальный аппарат Mercury Magnetospheric Orbiter.
"Характеристика потери тяжелых ионов и понимание механизмов их выхода на Венере крайне важны для понимания того, как развивалась атмосфера планеты и как она потеряла всю свою воду", — сказал Доминик Делькур, научный сотрудник LPP и главный исследователь прибора MSA.
Инструменты моделирования космической погоды SPIDER компании Europlanet позволили исследователям проследить, как частицы распространяются через венерианскую магнитосферу.
"Этот результат демонстрирует уникальные результаты, которые могут быть получены в ходе измерений, проводимых во время пролетов планет, когда космический аппарат может перемещаться по регионам, обычно недоступным для орбитальных аппаратов", — говорит Николя Андре (Nicolas André) из Института астрофизики и планетологии (IRAP).
В течение следующего десятилетия Венеру будет исследовать целый флот космических аппаратов, в том числе миссия ESA Envision, орбитальный аппарат VERITAS и зонд NASA DAVINCI, а также индийский орбитальный аппарат Shukrayaan. В совокупности эти космические аппараты дадут полное представление о венерианской среде, начиная с магнитосферы и заканчивая атмосферой, поверхностью и внутренним пространством.
"Последние результаты показывают, что уход атмосферы с Венеры не может полностью объяснить потерю ее исторического содержания воды. Это исследование — важный шаг к раскрытию истины об исторической эволюции венерианской атмосферы, а предстоящие миссии помогут заполнить многие пробелы", — добавляет соавтор Моа Перссон из Шведского института космической физики.
