Ученые НАСА готовятся нарисовать самую подробную на сегодняшний день картину атмосферы Венеры, когда миссия с метким названием DAVINCI — или Исследование благородных газов, химии и визуализации в глубокой атмосфере Венеры — опустит зонд на поверхность планеты.
Когда в начале 2030-х годов спускаемая сфера миссии DAVINCI шириной 3 фута (0,9 метра) совершит свой односторонний полет на парашюте к поверхности Венеры, на ней будет находиться прибор VASI (исследование структуры атмосферы Венеры) вместе с пятью другими приборами. VASI будет собирать данные о температуре, давлении и ветрах атмосферы Венеры, когда она совершает свой адский спуск и входит в сокрушительные нижние слои атмосферы планеты.
«На самом деле в глубокой атмосфере Венеры есть несколько больших загадок», — говорится в заявлении Ральфа Лоренца, научного руководителя прибора VASI и планетолога из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL) в Мэриленде. «У нас нет всех кусочков этой головоломки, и ДАВИНЧИ даст нам эти кусочки, измеряя состав одновременно с давлением и температурой, когда мы приближаемся к поверхности».
Плотная атмосфера Венеры скрывает несколько тайн, в том числе то, как она структурирована, а также то, как многочисленные вулканы планеты взаимодействовали с ней на протяжении тысячелетий. Одна из ключевых целей ученых при погружении зонда в атмосферу второй планеты от Солнца — определить, все еще ли этот мир вулканически активен. Зонд мог бы обнаружить это с помощью измерений атмосферных температур, ветров и состава.
Решение этих головоломок могло бы дать ученым представление о том, что продолжающаяся вулканическая активность может означать для атмосферы нашей собственной планеты.
«Долгосрочная пригодность нашей планеты для жизни, как мы ее понимаем, зависит от взаимодействия внутренних частей и атмосферы», — сказал Лоренц. «Долгосрочное содержание углекислого газа в нашей атмосфере, на которое мы действительно полагаемся, чтобы поддерживать поверхность Земли достаточно теплой, чтобы быть пригодной для жизни в течение геологического времени, зависит от вулканов».
Путешествие в один конец на Венеру
Одной из главных проблем, связанных с исследованием Венеры, были экстремальные условия планеты, которая может похвастаться поверхностным давлением, в 90 раз превышающим земное, и температурой поверхности около 900 градусов по Фаренгейту (460 градусов по Цельсию).
Кроме того, прежде чем какой-либо зонд сможет достичь поверхности планеты с орбиты, он должен сначала пройти через облака серной кислоты в верхних слоях атмосферы Венеры. (Эти облака также затрудняют наблюдение за Венерой с Земли; отражающие и блестящие, они затемняют наш обзор поверхности планеты.)
Эти угрозы означают, что системы и датчики спускаемой сферы DAVINCI будут заключены в прочную конструкцию, похожую на подводную лодку. Но в то время как сфера сконструирована так, чтобы выдерживать сильное атмосферное давление, и изолирована, чтобы защитить датчики от сильной жары вблизи поверхности Венеры, датчики VASI должны быть в некоторой степени подвержены воздействию суровых условий, чтобы выполнять свою работу.
«Венера — это тяжело. Условия, особенно низкие в атмосфере, делают очень сложным проектирование приборов и систем для поддержки приборов», — сказал Лоренц. «Все это должно быть либо защищено от окружающей среды, либо каким-то образом построено так, чтобы переносить ее».
Когда сфера опустится в атмосферу Венеры, VASI будет измерять температуру с помощью датчика внутри тонкой металлической трубки, похожей на соломинку. Поскольку атмосфера нагревает трубку, датчик измеряет и регистрирует расширение и, следовательно, температуру, не подвергаясь непосредственному воздействию агрессивной среды.
VASI будет собирать показания атмосферного давления с помощью заключенной в него кремниевой мембраны. Одна сторона мембраны находится в вакууме, в то время как другая сторона обращена к атмосфере Венеры. Атмосфера давит на мембрану, растягивая ее, и степень этого растяжения показывает силу атмосферного давления.
Прибор будет измерять венерианские ветры с помощью комбинации акселерометров, которые проверяют изменения скорости и направления, и гироскопов, которые измеряют ориентацию. Миссия также будет отслеживать изменения скорости и направления ветра, отслеживая изменения частоты и длины волны радиоволн.
Названный в честь итальянского эрудита эпохи Возрождения Леонардо да Винчи, «ДА Винчи» в настоящее время планируется запустить в 2029 году. Если все пойдет по графику, спускаемая сфера войдет в плотную атмосферу Венеры в 2031 году.
Высадка займет около часа. Ожидается, что зонд не переживет падение, но если это произойдет, ученые НАСА готовы получить около 17 минут дополнительных научных исследований на поверхности с помощью обреченного устройства.