Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Wenus

Wenus, często nazywana siostrzaną planetą Ziemi, od dawna fascynuje naukowców swoją skrajną odmiennością. Choć zbliżona rozmiarami i masą do naszej planety, rozwinęła się w zupełnie inny sposób, stając się jednym z najbardziej niegościnnych światów w Układzie Słonecznym. Jej atmosfera jest sto razy gęstsza od ziemskiej i składa się głównie z dwutlenku węgla, co – w połączeniu z chmurami kwasu siarkowego – napędza potężny efekt cieplarniany, podnosząc temperaturę powierzchni do ponad 460°C. Geologia Wenus dostarcza kolejnych zagadek: globalnie rozciągające się równiny lawowe, rozproszone kopuły wulkaniczne i rozległe wyżyny wskazują, że planeta mogła przechodzić epizody gwałtownych przemian, być może obejmujące niemal całkowite „przetopienie” skorupy w wyniku intensywnego wulkanizmu. Jedna z wiodących hipotez mówi, że Wenus początkowo mogła przypominać młodą Ziemię – z oceanami wody i bardziej umiarkowanym klimatem – lecz utrata wody przez ucieczkę pary i rozpad cząsteczek w górnych warstwach atmosfery doprowadziły do nieodwracalnego przegrzania planety. Inne modele sugerują, że Wenus nigdy nie weszła w stabilny cykl tektoniki płyt, co utrudniło jej regulację temperatury wnętrza i mogło wywołać katastrofalne wyrzuty lawy na skalę planetarną. Niezależnie od scenariusza, jaki zrealizował się na Wenus, druga planeta w Układzie Słonecznym jawi się jako przykład, jak niewielkie różnice w warunkach początkowych potrafią przekształcić planetę podobną do Ziemi w ekstremalny, gorący świat – i dlatego jej badania są tak ważne dla zrozumienia ewolucji planet skalistych, zarówno w naszym układzie, jak i wśród egzoplanet.

Dotychczasowe badania Wenus

Od początku ery kosmicznej Wenus była atrakcyjnym obiektem badań planetarnych. Znajdując się w najbliższym punkcie zbliżenia do Ziemi dwa razy bliżej niż Mars, była jednym z pierwszych naturalnych celów badań. To właśnie ona była pierwszą planetą, na której ludzkość wylądowała sondą kosmiczną. W latach 60. i 70. XX wieku radzieckie sondy programu Wenera wielokrotnie docierały do jej atmosfery, a kilka z nich, jak Wenera 9 i 10, przesłały pierwsze zdjęcia powierzchni z dystansu zaledwie kilku kilometrów, ujawniając skaliste, spękane równiny. Równocześnie Wenus za cel obserwacji objął amerykański program Mariner. Sonda Mariner 2 w 1962 roku była pierwszą udaną misją przelotową, która potwierdziła ekstremalne temperatury planety. Pierwszą sondą, która dotarła do powierzchni Wenus była radziecka sonda Wenera 3. Stało się to 1 marca 1966 roku, jednak w wyniku ekstremalnie wysokich temperatur sonda nie zdołała przesłać danych z powierzchni i uległa uszkodzeniu.  

Następnie misja NASA Magellan w latach 1990–1994 zmapowała niemal całą powierzchnię Wenus za pomocą radaru, odsłaniając rozległe pola lawowe i struktury sugerujące intensywną aktywność geologiczną. Wenus była też obserwowana przez sondy Galileo i Cassini podczas przelotów w trakcie ich podróży do planet zewnętrznych Układu Słonecznego. Po zakończeniu misji Magellan badania kosmiczne Wenus zostały wstrzymane na ponad dziesięć lat.

Kolejne obserwacje przejęła europejska sonda Venus Express, która od 2006 do 2014 roku badała globalną cyrkulację atmosfery, odkryła m.in. zmienność stężeń dwutlenku siarki i potężny wir atmosferyczny nad południowym biegunem planety. W tym samym czasie w pobliżu planety przelatywały inne sondy. Sonda NASA Messenger podczas lotu na Merkurego wykonała dwa przeloty koło Wenus w październiku 2006 i czerwcu 2007 roku, wykonując przy tym obserwacje planety. Z kolei japońska Akatsuki w 2015 roku weszła na orbitę Wenus i dostarczyła najdokładniejszych jak dotąd informacji o pogodzie tej planety, w tym obrazów fal atmosferycznych i superszybkich wiatrów. Również europejska sonda BepiColombo w drodze do Merkurego wykonała przelot koło Wenus w 2020 i 2021 roku.

Mimo tej imponującej serii misji Wenus wciąż pozostaje jedną z najmniej poznanych planet w Układzie Słonecznym – brak lądowników nowej generacji, ograniczona rozdzielczość zdjęć powierzchni i niepełna wiedza o jej wnętrzu sprawiają, że jest to świat pełen nierozwiązanych zagadek, które misje lat 30. XXI wieku mają szansę wreszcie wyjaśnić.

Cel misji EnVision

Cel misji jest ambitny – EnVision po raz pierwszy ma badać Wenus całościowo i poznać strukturę wnętrza planety od jadra, przez powierzchnię oraz górne warstwy atmosfery.

Sonda będzie wyposażona w sześć instrumentów naukowych, które zostaną opracowane przez europejskie instytuty naukowe i we współpracy z NASA.

Wśród nich znajdą się:

• SRS (Subsurface Radar Sounder) – radar sondujący o wysokiej częstotliwości, umożliwiający badanie warstw znajdujących się do jednego kilometra pod powierzchnią Wenus.
• VenSAR, radar działający również jako radiometr mikrofalowy i wysokościomierz, który wykona mapowanie powierzchni z wyjątkowo wysoką rozdzielczością – do około 10 metrów. To ogromny postęp względem misji Magellan NASA z lat 90.
• Trzy spektrometry optyczne VenSpec działające w zakresie ultrafioletu i podczerwieni, które będą mapować gazy śladowe powyżej i poniżej chmur, w tym gazy wulkaniczne oraz mapować skład powierzchni i emisyjność.
• Radio Science Experiment (RSE) – eksperyment radiowy, który wykorzysta satelitarne łącze radiowe do sporządzenia mapy pola grawitacyjnego planety i określenia jej struktury wewnętrznej oraz do pomiaru składu i struktury atmosfery Wenus.

Start planowany jest na listopad 2031 roku z kosmodromu Europejskiej Agencji Kosmicznej w Gujanie Francuskiej za pomocą rakiety Ariane 6. Po starcie sonda spędzi około 15 miesięcy w podróży międzyplanetarnej. Gdy dotrze do Wenus, nastąpi skomplikowany manewr – aerobrekowanie trwające aż 11 miesięcy, który pozwoli zmniejszyć prędkość i osiągnąć ostateczną orbitę naukową. Docelowa orbita będzie quasi-biegunowa, ze zmienną wysokością od ~220 km do ~510 km nad powierzchnią Wenus i okresem orbitalnym około 92–94 minut. Po fazie manewrów i testów sonda rozpocznie główną misję naukową, która potrwa około czterech lat ziemskich (co odpowiada sześciu dniom Wenus).

Polski wkład w misję EnVision

Projekt jest realizowany przez ESA (we współpracy z NASA) przy udziale państw członkowskich ESA oraz konsorcjum firm europejskich z udziałem firmy Sener Polska. Polski zespół będzie odpowiedzialny za zaawansowaną inżynierię kosmiczną z dziedziny mechaniki. Inżynierowie zweryfikują wytrzymałość mechanizmów w ekstremalnych warunkach panujących wokół Wenus. Sener projektuje i rozwija 16-metrową antenę dipolową  złożoną z dwóch wysięgników dla radaru SRS. Polacy będą nadzorować produkcję komponentów, prace montażowe i integracyjne oraz testy wytrzymałościowe.

O misji EnVision pisaliśmy również w artykule: Kierunek: Wenus

Opracowano na podstawie: 
Envision. Understanding why Venus is so different from Earth
Envision factsheet
Sener Polska dołącza do misji Envision ESA – pierwszej kompleksowej misji badawczej Wenus