Jak se Venuše stala nehostinnou? 234 000 simulací nabízí čtyři vysvětlení

Venuše se stává stále důležitějším referenčním bodem pro studium exoplanet, jelikož mise jako James Webb Space Telescope (JWST) a připravovaná Habitable Worlds Observatory (HWO) začínají charakterizovat kamenné exoplanety u jiných hvězd. Pochopení rozdílu ve vývoji Venuše a Země, které dospěly k tak odlišným výsledkům, je klíčové pro zjištění, zda se díváme na Zemi podobný svět, nebo na nehostinnou krajinu jako Venuše. Nová studie Rodolfa Garcii z University of Washington a jeho kolegů, dostupná na preprintovém serveru arXiv, simuluje 4,5 miliardy let dlouhý vývoj Venuše v rámci sluneční soustavy ve snaze pochopit některé z těchto rozdílů.

Pro simulaci vědci použili open-source software VPLanet, který jim umožňuje měnit mnoho počátečních podmínek pro formování planety a také fyzikální parametry měnícího se světa. Garcia a jeho spoluautoři běžně používají tento software ke studiu planetární evoluce, včetně exoplanet. V tomto konkrétním případě provedli 234 000 simulací trvajících 4,5 miliardy let, přičemž vycházeli z jednoho hlavního předpokladu – že Venuše vždy fungovala v tektonickém režimu „stagnant lid“, což znamená, že její kůra se nikdy nerozlomila na pohybující se desky jako u Země. Model propojuje vnitřek planety, litosféru (tj. její kůru) a atmosféru. Autoři vybrali tři omezení, která napodobovala prostředí moderní Venuše: hladina atmosférického oxidu uhličitého musela být kolem 92 barů, hladina atmosférické vody kolem 3 milibarů a magnetický moment planety musel být méně než 100 000krát menší než u Země, což je ukazatel absence aktivního jádrového dynama. Z 234 000 provedených simulací pouze 808, tedy 0,35 %, úspěšně reprodukovalo tyto výsledky.

Tyto úspěšné simulace lze rozdělit do čtyř různých evolučních cest. Zdaleka nejčastější je „konvenční“ scénář, který tvoří asi 72 % úspěšných simulací. V tomto případě se plášť a jádro postupně ochlazují, což je obvykle předpovídáno předchozími modely. Druhá úspěšná cesta, která představovala asi 18 % fungujících modelů, ukazuje Venuši, která magneticky umírá. V těchto scénářích planeta ztrácí obrovské množství vody z pláště, což způsobuje „dehydratační ztuhnutí“. To zase snižuje viskozitu pláště a zahušťuje stagnující víko tektonické desky. Tím se zablokoval vnitřní tok tepla planety, což snížilo množství roztavené horniny v jádře na méně než 1 %. Deset procent scénářů zahrnuje vnitřní jádro, které nikdy zcela nedorostlo. V těchto modelech pevné vnitřní jádro, které pohání aktivní dynamo planety, nikdy nepřekročilo 80 % celkové velikosti jádra – a v některých případech se pevné jádro vůbec nevytvořilo. Poslední scénář zahrnoval vzácný případ, kdy planeta během prvních 500 milionů let prošla divokými, oscilujícími výkyvy ve své vnitřní teplotě a vlastnostech, než se ustálila do svého současného stavu.

Podle studie hrály některé parametry planety kritickou roli v tom, zda byla simulace úspěšná při napodobování současného prostředí Venuše. Mezi nejdůležitější patřila počáteční hojnost vody v plášti, viskozita pláště, síla jeho dehydratačního ztuhnutí, účinnost sopečných erupcí a bod tání jádra. Tyto scénáře a parametry se mohou zdát jako různé cesty k nehostinnému světu, ale možná nejzajímavější částí studie jsou její předpovědi. Podle práce si Venuše ve všech úspěšných modelech dokázala udržet značné množství vody hluboko ve svém nitru – přinejmenším tolik, kolik je celý oceán na Zemi. Vědci předpokládají, že Venuše je stále geologicky aktivní, jen na nižší úrovni, než předpovídají některé jiné modely. Jedna předpověď, která by mohla být brzy potvrzena, je myšlenka, že Venuše měla magnetické pole v raném období svého života. V 88 % úspěšných simulací tomu tak bylo a zbytky tohoto pole by mohly být uzamčeny v povrchových horninách planety. Sonda vyslaná ke skenování povrchu by mohla tento signál zachytit a určit, zda Venuše kdysi měla aktivní jádro.

Naštěstí se připravují tři mise k prozkoumání naší sesterské planety. Koncem tohoto desetiletí a začátkem příštího Venuši navštíví tři mise – DAVINCI a VERITAS, obě pod vedením NASA, a EnVision, kterou řídí ESA. Plánují nahlédnout skrz husté mraky, zmapovat povrch planety a odebrat vzorky atmosféry k měření izotopových poměrů. Za předpokladu, že budou fungovat podle plánu, by měly být schopny začít potvrzovat některé z předpovědí učiněných v této studii, což nám pak poskytne lepší představu o tom, jak se historie naší nejbližší sousední planety tak výrazně lišila od té naší.