Поверхность Венеры доминирует вулканическими образованиями и имеет больше вулканов , чем любая другая планета в Солнечной системе . Ее поверхность на 90% состоит из базальта , и около 65% планеты состоит из мозаики вулканических лавовых равнин, что указывает на то, что вулканизм сыграл важную роль в формировании ее поверхности. Существует более 1000 вулканических структур и возможное периодическое обновление поверхности Венеры потоками лавы. Планета могла пережить крупное глобальное событие обновления поверхности около 500 миллионов лет назад [1] , исходя из того, что ученые могут сказать по плотности ударных кратеров на поверхности. Венера имеет атмосферу, богатую углекислым газом , с давлением, которое в 90 раз превышает давление атмосферы Земли.
На Венере обнаружено более 80 000 [2] вулканов с помощью радиолокационного картирования. В течение многих лет ученые спорили о том, активна ли Венера в настоящее время или вулканические структуры являются остатками прошлого. На поверхности Венеры есть несколько ударных кратеров, которые указывают на относительно недавнее обновление. [3] Наиболее вероятным событием обновления поверхности были бы вулканические потоки. Радиолокационное зондирование зондом Magellan выявило доказательства сравнительно недавней вулканической активности на самом высоком вулкане Венеры Маат Монс в виде потоков пепла вблизи вершины и на северном фланге. Хотя многие линии доказательств, такие как это, предполагают, что вулканы на Венере были активны недавно, современные извержения Маат Монс не были подтверждены. Тем не менее, другие более поздние исследования, проведенные в 2020 году, предполагают, что Венера, хотя и не конкретно Маат Монс, действительно в настоящее время вулканически активна. [4] [5] В 2023 году ученые повторно изучили топографические изображения региона горы Маат, полученные орбитальным аппаратом Magellan . Используя компьютерное моделирование, они определили, что топография изменилась в течение 8-месячного интервала, и пришли к выводу, что причиной этого был активный вулканизм. [6] До 2023 года были только намеки на активный вулканизм. В марте 2023 года Херрик и др. объявили, что они запечатлели расширяющееся отверстие на снимках Magellan, что указывает на активный вулканизм на Венере. [7]
На Венере есть щитовые вулканы , широко распространенные потоки лавы и некоторые необычные вулканы, называемые блинными куполами и «клещевидными» структурами, которых нет на Земле . Вулканы-блины-куполы достигают 15 км (9,3 мили) в диаметре и менее 1 км (0,62 мили) в высоту и в 100 раз больше, чем лавовые купола, образующиеся на Земле. Они обычно связаны с коронами и тессерами (крупными областями сильно деформированного рельефа, складчатыми и разломленными в двух или трех измерениях, которые уникальны для Венеры). Считается, что блины образованы очень вязкой, богатой кремнеземом лавой, извергающейся под высоким атмосферным давлением Венеры.
Структуры, похожие на «клещи», называются куполами с фестончатыми краями . Их обычно называют клещами, потому что они выглядят как купола с многочисленными ножками . Считается, что они подверглись массовым опустошительным событиям, таким как оползни на их краях. Иногда вокруг них можно увидеть разбросанные отложения мусора.
На Земле вулканы в основном бывают двух типов: щитовые вулканы и составные или стратовулканы . Щитовые вулканы, например, на Гавайях , выбрасывают магму из глубин Земли в зонах, называемых горячими точками . Лава из этих вулканов относительно жидкая и позволяет газам выходить. Составные вулканы, такие как гора Сент-Хеленс и гора Пинатубо , связаны с тектоническими плитами. В этом типе вулкана океаническая кора одной плиты скользит под другой в зоне субдукции вместе с притоком морской воды, производя более вязкую лаву, которая ограничивает выход газов, и по этой причине составные вулканы, как правило, извергаются более бурно.
На Венере, где нет тектонических плит или морской воды , вулканы в основном щитового типа. [ требуется цитата ] Тем не менее, морфология вулканов на Венере иная: на Земле щитовые вулканы могут быть шириной в несколько десятков километров и высотой до 10 км (6,2 мили) в случае Мауна-Кеа , измеренной от морского дна. На Венере эти вулканы могут охватывать сотни километров по площади, но они относительно плоские, со средней высотой 1,5 км (0,93 мили). Крупные вулканы заставляют венерианскую литосферу прогибаться вниз из-за их огромных вертикальных нагрузок, создавая изгибные рвы или кольцевые трещины вокруг построек. [8] Крупная нагрузка на постройки вулкана также заставляет магматические камеры разрушаться в виде порога , влияя на распространение магмы под поверхностью. [9]
Другие уникальные особенности поверхности Венеры — новые звезды (радиальные сети даек или грабенов ) и паукообразные образования . Новая звезда образуется, когда большие количества магмы выдавливаются на поверхность, образуя радиальные хребты и траншеи, которые обладают высокой отражательной способностью для радаров. Эти дайки образуют симметричную сеть вокруг центральной точки, где вышла лава, где также может быть впадина, вызванная коллапсом магматической камеры.
Арахноиды так названы, потому что они напоминают паутину, состоящую из нескольких концентрических овалов, окруженных сложной сетью радиальных трещин, похожих на трещины новой звезды. Неизвестно, имеют ли около 250 особенностей, идентифицированных как арахноиды, общее происхождение или являются результатом различных геологических процессов. [10]
Вулканизм на Венере имел место в течение последних 2,5 миллионов лет; однако до недавнего времени не было абсолютных доказательств того, что какой-либо вулкан на Венере извергался в последнее время. Последние радиолокационные изображения показывают более 1000 вулканических структур и свидетельства возможного периодического обновления поверхности планеты потоками лавы . В дополнение к радиолокационным изображениям, есть подтверждающие доказательства того, что вулканизм имел место, включая необычное изменение количества сернистого газа в верхних слоях атмосферы. Сернистый газ является важным компонентом вулканического газовыделения . Однако сернистый газ в нижних слоях атмосферы остается стабильным. Это может означать, что изменение в глобальной атмосфере привело к увеличению концентрации сернистого газа над облаками. Несмотря на то, что изменение в атмосфере может быть доказательством того, что на Венере извергались вулканы, трудно определить, произошли они или нет. [10] В 2014 году были обнаружены первые прямые доказательства продолжающегося вулканизма в виде инфракрасных «вспышек» по краям рифтовой зоны Ганис Часма , около щитового вулкана Сапас Монс . Эти вспышки можно было обнаружить в течение двух или трех последовательных земных суток в 2008 и 2009 годах, и считается, что они вызваны либо горячими газами, либо лавой, высвобождаемой при вулканических извержениях. [11] Ученые подозревают, что есть четыре вулкана, которые могут быть активными: Маат Монс , Озза Монс , Сапас Монс и Идунн Монс . [12] [13] [14]
В 2020 году исследование Мэрилендского университета при поддержке Швейцарского национального научного фонда и NASA обнаружило, что 37 корон Венеры демонстрируют признаки продолжающейся активности. Профессор Мэриленда Лоран Монтези сказал: «Мы можем указать на определенные структуры и сказать: «Смотрите, это не древний вулкан, а тот, который активен сегодня, возможно, спящий, но не мертвый...» Активные короны сгруппированы рядом друг с другом, поэтому позиционирование геологических инструментов теперь будет проще. [15] [16]
В марте 2023 года на 54-й Лунной планетарной научной конференции группа ученых представила первые изображения вулканической активности на поверхности Венеры. Объявление состояло из двух радиолокационных изображений из разных циклов данных Magellan (с разницей в 8 месяцев), которые отображали вулканическое жерло, которое расширилось почти на 2 квадратных километра. [17] На момент этого открытия этим данным было более 30 лет. Ученые проверили, что это расширение не может быть объяснено углом, под которым были сделаны изображения, с помощью компьютерного моделирования, которое показало, что изменение должно быть структурным. [17]
Молнии на Венере могут служить диагностикой вулканизма или атмосферной конвекции, поэтому некоторые усилия были направлены на обнаружение возможных молний на Венере. [18] Молнии не наблюдались напрямую, но наиболее убедительным доказательством являются очень низкочастотные (ОНЧ) радиоизлучения, зарегистрированные под облаками всеми четырьмя спускаемыми аппаратами Венеры . [18] Японский орбитальный аппарат Акацуки в настоящее время ищет видимые молнии на Венере, среди прочих научных целей. [19]
В 2020 году Гривз и др. обнаружили уровни фосфина 1–5 частей на миллиард в атмосфере Венеры с помощью ALMA и JCMT . [20] Исторические данные с Pioneer Venus также показывают возможное обнаружение фосфина. [21] Фосфин (PH 3 ) образуется из фосфида (P 3- ) посредством следующего взаимодействия с серной кислотой в атмосфере Венеры:
Фосфид происходит из металлов, таких как железо и магний, которые должны существовать в больших количествах в мантии Венеры . [22] Фосфины были обнаружены на высоте 70 км, что подразумевает вулканическое извержение взрывного масштаба Кракатау или Йеллоустоуна на Земле. [22] [23] Это подразумевает не только то, что Венера пережила недавний вулканизм, но и то, что она способна к взрывным извержениям, несмотря на отсутствие гидратированных расплавов, подобных тем, которые создаются в зонах субдукции на Земле. Считается, что Венера может иметь первичную воду в мантии, которая могла быть сконцентрирована путем фракционирования . [24]
Биологическая активность была предложена в качестве альтернативного объяснения фосфинов в атмосфере Венеры, но это маловероятно из-за отсутствия каких-либо других биосигнатур. [22] Другая гипотеза утверждает, что фосфин может быть произведен в облаках Венеры, но этот процесс требует воды, которая обычно недоступна на Венере. [22] Некоторые ученые сомневаются, что обнаруженные уровни фосфина действительно так высоки, как указано. Если фосфин присутствует в количестве 1–5 ppb и можно определить, что он происходит из мантии, это будет означать глубокую систему мантийных плюмов, которая содержит достаточно летучих веществ, чтобы вызвать взрывной вулканизм. [24]
В 2010 году Сюзанна Э. Смрекар и др. опубликовали, что Venus Express наблюдал три вулкана, извергавшиеся около 250 000 лет назад или меньше, что говорит о том, что Венера периодически обновляется потоками лавы. [25] [26] Она предложила две миссии на Венеру для изучения планеты: Venus Origins Explorer (VOX) и VERITAS . Между тем, японский космический аппарат Akatsuki находится на орбите Венеры с декабря 2015 года, и одной из его целей является сканирование активного вулканизма с помощью своих инфракрасных камер, хотя инфракрасный детектор, который должен был это делать, вышел из строя в декабре 2016 года после относительно короткого периода наблюдений. [27] [28]
Ожидается, что в 2030-х годах будут запущены три миссии: VERITAS, DAVINCI и EnVision, все из которых помогут обнаружить вулканизм. И VERITAS, и EnVision будут использовать дистанционное зондирование с помощью радаров для картирования поверхности Венеры с разрешением в 10 раз лучше, чем у Magellan. [29] [30] Эти миссии позволят составлять карты за разные периоды времени, которые могут отображать больше свидетельств вулканизма в более высоком разрешении.
EnVision имеет инструмент VenSAR (Venus Synthetic Aperture Radar), который будет картировать с разрешением до 30 м и даже до 1 м в отдельных областях. [30] SRS (Subsurface Radar Sounder) будет проникать в поверхность на глубину до километра и получать сигналы, которые можно использовать для описания внутренних структур планеты. Это поможет узнать о внутренней работе вулканических структур. Venus Emisivity Mapper (VEM) будет картировать поверхность в инфракрасных длинах волн, которые при добавлении к радару могут описывать топографию поверхности.
DAVINCI не будет картировать поверхность, а будет анализировать атмосферу. Анализ SO 2 и других газов поможет узнать о газовыделении из недавних вулканов. DAVINCI будет иметь зонд, который спустится в атмосферу, собирая данные по пути. Атмосферный анализ предоставит важную информацию в сочетании с недавним открытием активного вулканизма.
VERITAS также будет иметь Venus Emissivity Mapper (VEM) и радарный формирователь изображений VISAR (Venus Interferometric Synthetic Aperture Radar). [29] Они будут картировать лавовые поля и вулканы на поверхности Венеры. Первоначально запланированный запуск в 2027 году, эта миссия была отложена до 2030 года. Если VERITAS возобновит свою первоначальную дату запуска, данные между VERTIAS и EnVision будут объединены вместе, подобно различным циклам данных Magellan. Затем у них будет возможность просматривать вулканические изменения в течение ряда лет.
Определение местоположения вулканов на Венере стало возможным во время миссии Magellan в 1990 году, которая нанесла на карту более 95% поверхности Венеры. [31] Поверхность Венеры скрыта облаками, но особенности поверхности можно нанести на карту с помощью радара с синтезированной апертурой. [32] Некоторые изображения, созданные с помощью этого картирования, могут дать перспективный вид высоты поверхности Венеры, что помогает в идентификации вулканов. [33] Обнаруженные вулканические особенности включают потоки лавы, скопления построек, щитовые вулканы, вулканические конусы и вулканические купола. Со времени миссии Magellan на поверхности Венеры было идентифицировано более 1660 вулканических форм рельефа. [31] Дальнейший анализ данных Magellan выявил более 85000 вулканов. [34] [35]
После того, как поверхность Венеры была нанесена на карту, Калифорнийский технологический институт создал алгоритм для автоматического определения вулканов на картографических изображениях. [32] Уверенность в том, что все идентифицированные объекты являются вулканами, невозможна, но была разработана система категорий, которая маркирует уверенность в том, является ли объект поверхности вулканом или нет. [32] Алгоритм исследует изображения области 30 км × 30 км поверхности Венеры, и области, считающиеся вулканами, преобразуются в вектор и обрабатываются с помощью серии уравнений. [32] Этот алгоритм использовался для определения нескольких вулканов на различных картографических изображениях Венеры.
Ученые также могут определить возраст вулканов на Венере, используя изображения, полученные с миссии «Магеллан», например, путем изучения складчатых хребтов на региональных равнинах; если на склонах вулкана нет складчатых хребтов, то они считаются молодыми. [33]
Вулкан Сиф Монс имеет диаметр 350 км, высоту 2 км и находится на возвышенности Западный Эйстла Регио. Согласно картографированию вулкана, область вокруг центральной кальдеры в основном плоская с множеством цепных ям, окружающих область. [36] В восточных частях вулкана лава изливалась из главной кальдеры в более мелкие кальдеры поблизости. Данные свидетельствуют о том, что на этом вулкане было много боковых извержений. Большинство полей потоков вокруг этого вулкана являются полями пластовых потоков.
Вулкан Гула Монс имеет диаметр 460 км, высоту 3,2 км и находится в Западной возвышенности Эйстла Регио. Гула Монс считается щитовым вулканом. [37] Этот вулкан имеет центральное сооружение, окруженное вершинами вулкана. Картографирование показывает, что в этом вулкане есть несколько кальдерных ям, которые частично заполнены лавой. [36]
Вулкан Кунапипи Монс имеет диаметр 580 км, высоту 2,5 км и находится на разломе Джуно Чазма. Вершина вулкана представляет собой длинный платообразный регион. Основная постройка этого вулкана состоит из множества коротких потоков, и большинство из этих потоков являются пластовыми потоками.
С помощью радарной карты полного разрешения с синтезированной апертурой Magellan, глобальной мозаики левого и правого обзора с разрешением 75 м на пиксель, мы разработали глобальный каталог вулканов на Венере, который содержит ~85 000 построек, ~99% из которых имеют диаметр <5 км. Мы обнаружили, что на Венере находится гораздо больше вулканов, чем было картировано ранее, и что, хотя они распределены практически по всей планете, анализ распределения размеров и частотности показывает относительное отсутствие построек в диапазоне диаметров от 20 до 100 км, что может быть связано с доступностью магмы и скоростью извержений.