Понимание геологии Венеры представляет значительный интерес из-за ее сходства с Землей. Размер, возраст и состав Венеры в целом аналогичны земным, но ее окружающая среда значительно отличается и куда менее благоприятна для жизни. Таким образом, понимание геологической эволюции Венеры поможет ответить на вопросы о формировании планет, пригодных для жизни. Ключевым моментом для понимания этой эволюции является исследование современной геологии Венеры. Текущие данные свидетельствуют о недавнем и активном вулканизме на Венере, но степень этой вулканической активности пока неясна.
Горячее ядро Земли нагревает окружающую мантию, которая переносит тепло в литосферу планеты. Затем тепло уходит в космос, охлаждая верхнюю часть мантии. Эта мантийная конвекция управляет тектоническими процессами на поверхности, поддерживая движение лоскутного одеяла из подвижных тектонических плит. У Венеры нет тектонических плит, поэтому вопрос о том, как планета теряет тепло и какие процессы формируют ее поверхность, давно интересует ученых. В новом исследовании трое планетологов из США в поисках ответа использовали данные аппарата «Магеллан», наблюдавшего в начале 1990-х годов за квазикруглыми геологическими образованиями на Венере, так называемыми венцами. Проведя новые измерения венцов, видимых на сделанных «Магелланом» снимках, они пришли к выводу, что венцы, как правило, располагаются там, где литосфера планеты наиболее тонкая и активная.
«Мы так долго были зациклены на идее, что литосфера Венеры застойна и толста, но теперь наше мнение меняется, — говорит геофизик Сюзанна Смрекар (Suzanne Smrekar) из Лаборатории реактивного движения NASA и Калифорнийского технологического института. — Точно так же, как тонкая простыня выделяет больше тепла тела, чем толстое одеяло, тонкая литосфера позволяет большему количеству тепла выходить из недр планеты через плавучие потоки расплавленной породы, поднимающиеся к внешнему слою. Как правило, там, где есть повышенный тепловой поток, под поверхностью наблюдается повышенная вулканическая активность. Таким образом, венцы, вероятно, показывают места, где активная геология сегодня формирует поверхность Венеры».
На Венере насчитывается более трехсот венцов диаметром в несколько сотен километров. Обычно им дают названия в честь богинь плодородия и земледелия разных народов. Например, венец Полозничи назван в честь богини ржаного поля у народа коми, а венец Феронии — в честь италийской богини полей и лесов. Есть и исключения: в честь знаменитой балерины назван венец Павловой, в честь медсестры — венец Найтингейл, в честь летчицы — венец Экхарт. Венцы значительно отличаются от кратеров, возникших в результате падения метеоритов, и считаются результатом процессов в недрах планеты.
В новом исследовании Сюзанна Смрекар и ее коллеги сосредоточились на 65 ранее не изученных венцах диаметром до нескольких сотен километров. Чтобы рассчитать толщину окружающей их литосферы, они измерили размер впадин и гребней вокруг каждого венца. Применив компьютерную модель того, как изгибается упругая литосфера, они определили, что в среднем литосфера вокруг каждого венца имеет толщину около 11 ± 7 км — намного тоньше, чем предполагали предыдущие исследования. Расчетный тепловой поток в этих регионах выше, чем в среднем по Земле, что позволяет предположить, что венцы геологически активны.
«Хотя у Венеры нет тектоники земного типа, эти области тонкой литосферы, по-видимому, позволяют улетучиваться значительному количеству тепла, подобно областям, где на морском дне Земли образуются новые тектонические плиты», — говорит Сюзанна Смрекар.
Чтобы рассчитать возраст поверхности небесного тела, планетологи подсчитывают количество видимых ударных кратеров. На тектонически активной планете, такой как Земля, кратеры стираются субдукцией континентальных плит и покрываются расплавленной породой из вулканов. Поскольку на Венере нет тектонической активности и регулярного перемешивания литосферных плит, ожидалось бы, что планета будет покрыта старыми кратерами. Но, подсчитав количество венерианских кратеров, ученые пришли к выводу, что поверхность Венеры относительно молода. Плотность кратеров Венеры примерно в двести раз меньше, чем на Луне, и в сто раз меньше, чем на Марсе. Получается, что возраст нынешней поверхности Венеры составляет всего несколько сот миллионов лет.
Недавние исследования показывают, что молодой вид поверхности Венеры, вероятно, связан с вулканической активностью, которая вызывает региональное обновление поверхности. Этот вывод подтверждается новым исследованием, указывающим на более высокий тепловой поток в областях венцов — состояние, которое, возможно, было характерно в прошлом и для литосферы Земли. «Интересно, что Венера открывает окно в прошлое, чтобы помочь нам лучше понять, как могла выглядеть Земля более 2,5 миллиардов лет назад. Она находится в состоянии, которое, как предполагается, имеет место до того, как планета сформирует тектонические плиты», — говорит Сюзанна Смеркар.
Новые сведения о рельефе, тектонической истории, геохимии и вулканических процессах Венеры ученые планируют добыть в ходе полета автоматического космического аппарата «Веритас», старт которого запланирован на 2031 год. Сюзанна Смеркар занимает должность главного исследователя проекта «Веритас».
Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.