Tre nya missioner till Venus annonserades i juni: två av NASA i deras Discovery Program och en av ESA i samarbete med NASA som en del av deras EnVision projekt. Missionerna ska utforska Venus tidiga historia och studera hur planeten har blivit en inferno-lik värld trots många likheter med jorden. De två NASA-missionerna valdes från deras 2019-uttagning.

För att förstå missionerna och mysteriet med Venus har vi pratat med doktor Michael Way, forskare vid The NASA Goddard Institute for Space Studies samt gästforskare vid Uppsala universitet. Han och hans team har med modeller visat att det finns en möjlighet att Venus kan ha varit bebolig tidigt i sin historia och de nya missionerna kommer kunna berätta om de har rätt.

Varför Venus?

Det är en mission vid Venus just nu, japanska Akatsuki. Missionen innan dess, the European Venus Express Mission, studerade mestadels planetens övre atmosfär och gjorde en del infraröda mätningar. Den missionen avslutades för 7 år sedan, inleder Michael Way. Det är inte så att vi inte har besökt Venus, utan snarare att vi inte utforskat planeten lika mycket som vi utforskat Mars. Detta trots att Venus ligger närmare jorden än Mars.

− En av anledningarna, tror jag, är att Venus har haft mycket mindre uppmärksamhet då det är en större utmaning att utforska Venus i jämförelse med Mars. På Mars kan vi exempelvis placera rovers på ytan eftersom planeten inte har en krossande atmosfär, resonerar Way.

Venus atmosfär komplicerar allting.

På 70- och 80-talet skickade Sovjetunionen framgångsrika sonder till Venus. Amerikanerna skickade också en lyckad sond vid namn Pioneer Venus som låg i omloppsbana kring Venus, samt var en in-situ sond. De skickade även Magellan-missionen som gjorde den första, och enda, globala radarkartan vi har av planetens yta, berättar Way.

− Vi måste använda radar eftersom vi inte kan fotografera ytan som på exempelvis Mars, då Venus yta inte är synlig på samma sätt, berättar Way.

Se på Venus som en exoplanet

Michael Way konstaterar att det är en hel del saker som har förändrats under de senaste 20 åren. En aspekt som har förändrats mycket är den mångfald vi har upptäckt bland exoplaneter.

Det finns många argument för att se på och förstå Venus, jorden och Mars som exoplaneter, menar han.

– Vi har idéer om vad den beboliga zonen är, men de idéerna är baserade på enbart jorden. Det finns exempelvis bevis för att Mars skulle kunnat vara bebolig, men hur länge och huruvida liv kan ha uppstått förblir i det dolda, förklarar Way.

Venus har länge setts som en främmande och fientlig värld som varit död sedan dag ett. Men genom att studera exoplaneter har vi fått mer kunskap om planeters evolution. Venus motsäger den intuition vi har om planeters utveckling, förklarar Way.

− Hur kan vi ha en planet så lik jorden i storlek, densitet och kemisk struktur, som trots detta har en tjock atmosfär dominerad av koldioxid och tre gånger så mycket kväve, frågar han.

En annan aspekt som förvirrar forskare är Venus avsaknad av ett magnetiskt fält, vilket är ovanligt för utan ett magnetfält borde inte en planet kunna ha en tjock atmosfär enligt vår tidigare intuition.  Exempelvis har Mars ett svagt magnetfält och likaså en tunn atmosfär.

− Med våra tidigare idéer om planetär evolution går detta inte ihop! Jag tror att, först och främst, detta visar att även om magnetfält spelar en viss roll för vår förståelse av atmosfärdynamik, berättar magnetfält inte hela historien, förklarar Way.

En till sak som jag tror har förändrats, fortsätter han, är att vi länge trott att Venus kan ha haft en bebolig fas med flytande vatten på ytan. Men, det finns en del frågetecken i denna hypotes. För det första har det varit svårt att förstå hur detta skulle kunna vara möjligt med tidigare modeller. Om vi betraktar en enkel endimensionell modell och tar jorden idag och flyttar den till Venus omloppsbana, och sedan drar tillbaka klockan 4 miljarder år när solen var 20 procent mindre ljus. Då skulle planeten utsättas för 40 procent mer strålning från solen i jämförelse med jorden idag, ett faktum som borde göra planeten obeboelig.

Modeller kan hjälpa oss att förstå Venus

I en vetenskaplig rapport från 1971 visar James Pollack med enkla 1D modeller att en planet lik jorden med 50 procent molntäcke, ungefär vad jorden hade, gav en ”ohanterlig växthuseffekt” och planeten blev därav omöjlig att hålla sval. Men om han ökade molntäcket till 100 procent hölls temperaturen runt 300 Kelvin, vilket är ungefär 27 grader Celsius. Även om han då inte kunde berättiga ett 100 procentigt molntäcke, visade resultatet något oerhört intressant om tidig bebobarhet, understryker Way. Antag att vi har en jordlik planet. Om den var tillräckligt sval i sin tidiga historia skulle den kunnat hålla vatten kondenserad på ytan i form av hav, precis som jorden, och därav följa liknande evolutionsutveckling.

− I dessa tidiga hypoteser var idén att vi hade flytande hav, och i och med att solen blev ljusare med tiden, hettades planeten upp och klev till slut in i en ”ohanterlig växthuseffekt”-fas. I princip kokades haven bort, förklarar Way.

Därför borde en planet som följer en liknande utveckling sluta upp med en atmosfär fylld av syre från vattenmolekylerna, men Venus har inget syre i atmosfären. Detta visar på ett stort problem med tidiga-hav hypotesen.

– Vi förstod inte hur vi kulle kunna göra Venus beboelig tidigt eller varför inget syre finns i atmosfären, konstaterar han.

Men kan Venus trots detta varit bebolig? I en vetenskaplig rapport från 2013 diskuteras olika evolutionära vägar för planeter. I rapporten visades även att Venus är precis på gränsen mellan två olika vägar, där den ena vägen skulle innebära att magmahav skulle kunna existera i flera hundra miljoner år. Detta skulle kunna lösa problemet med syret, då magmahaven skulle absorbera allt syre.

Den andra vägen skulle innebära en kort period av magmahav, precis som i fallet med jorden. Modellen är långt ifrån perfekt, men den är en bra början, förklarar Way.

Var Venus bebolig tidigt i sin historia?

Runt 2014 modellerade min grupp exoplaneter, fortsätter Way. Samtidigt studerade en mastersstudent vid University of Chicago en stor parameterstudie av exoplaneter och insåg att om en planet roterar sakta kommer atmosfärsdynamiken för en jordlik planet att förändras på ett så sätt att det skapas ett skyddande lager mot stark strålning. På två korta meningar nämnde han att om Venus har roterat sakta under en lång period, och om man tar den stärkta isolationen med i beräkningen, skulle planeten kunna ha flytande vatten på ytan även idag! Vilket självklart fångade mitt intresse och min grupp fortsatte genast undersöka detta, berättar Way.

− Min grupp gjorde en studie som fokuserade på Venus från ett planetärt perspektiv och vi kom fram till samma sak, förklarar han upprymt.

– Nu har vi ett sätt att rättfärdiga ett 100 procent molntäcke och trots detta göra planeten bebolig, ett faktum vi diskuterar i vår rapport från 2016 Was Venus the first habitable world of our solar system?, berättar Way.

Vi kan nu ställa oss frågan, var Venus den första beboliga planeten i solsystemet? I teorin skulle planeten kunnat ha flytande hav innan jorden, vilket skulle möjliggöra att liv började där tidigare, fortsätter han.

Om Venus alltid har roterat lika sakta som den gör idag, har den ju också gjort det för fyra miljarder år sedan, och detta argumenterar vi för i vår forskning. Jag tror att dessa argument kan ha hjälpt uttagningen av mission-koncepten eftersom vi visade att ”ja, Venus kan ha varit bebolig tidigt i sin historia” och detta måste utforskas mer.

Mysterier kvar att lösa

Vi måste lösa mysteriet med syret och förstå varför planeten tillslut hamnar i ett ”ohanterlig växthuseffekt”-stadie. Våra modeller visar att skyddet från molntäcket skulle vara effektivt än idag, vilket skulle förhindra att planeten går in i ett sådant stadie. Och vi behöver förstå vad som faktiskt händer, berättar Way.

I vår forskning från 2020 fortsatte vi att diskutera lösningar och kom fram till att det är väldigt svårt att driva en planet till ett ”ohanterlig växthuseffekt”-stadie om planeten varit bebolig tidigt, på grund av den långsamma rotationsdynamiken. Idag ser vi att ungefär 80 procent av Venus yta är ny, geologiskt. Detta är en konsekvens av vulkanutbrott. Vidare, Venus har inte plattektonik på samma sätt som jorden, förklarar Way. I rapporten kom vi fram till två hypoteser, med utgångspunkt från jorden, för att svara på två frågor.

Hur hamnade Venus i ett ”ohanterlig växthuseffekt”-stadie?

Den vanligaste anledningen till massutrotning på jorden är inte asteroider. Motsägelsefullt mot den allmänna bilden är den största, och de flesta, massutrotningen i själva verket orsakad av vulkaner, förklarar Way. Om vi laddar jorden med för mycket koldioxid från dessa vulkanutbrott och gasutsläpp kommer planeten inte ha tid att återhämta sig. Därför är våran hypotes att Venus kan ha haft en bebolig period och att vulkanutbrott kan ha lett planeten in i en ”ohanterlig växthuseffekt”-fas, sammanfattar Way.

Vart är syret?

”Vad ser vi på Venus yta?”, frågar han, ”jo vi ser att 80 procent av ytan är ny i geologiska termer”. Därav är vår hypotes att efter en period av aktiva vulkanutbrott genomgår planeten en förändring, ett utbyte av material, av dess yta och det är denna förändring som tar upp allt syre från atmosfären, likt magmahaven skulle ha gjort i de tidiga hypoteserna, förklarar han.

− Jag tror att vår rapport från 2020 hjälpte människor att förstå att denna hypotes skulle kunna vara möjlig, men om detta direkt influerade NASA:s val av missioner kan jag inte säga. Däremot jag tror inte rapporten gjorde någon skada, resonerar Way.

Det är viktigt att komma ihåg att detta är modeller och att vi skulle kunna ha helt fel, understryker han. Men det finns sätt att begränsa modellerna och göra dem mer verklighetstrogna, vilket vi kan göra genom mätningar med exempelvis den kommande DAVINCI+ sonden. Sonden kommer släppas ner i atmosfären och är utrustad med en högupplöst masspektrometer som kommer att mäta ädelgaser i atmosfären på sin nedfärd mot ytan. Förhoppningsvis kommer mätningarna hjälpa oss att förfina modellerna och kunna berätta hur mycket vatten Venus haft, när planeten tappade vattnet och hur länge den hade det. Och om sonden kan göra detta, vet vi om våra modeller stämmer, konstaterar Way.

Vi behöver även förstå Venus för att kunna förstå Venusliknande exoplaneter, för om vi antar från början att dessa planeter är döda utan liv, och det visar sig att de inte är det, har vi missat en otroligt stor möjlighet.

− Vi behöver åka tillbaka och undersöka för att verkligen kunna förstå denna värld, avslutar Way.

Sammanfattning av missionerna

DAVINCI+
DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging) ska studera Venus atmosfär för att förstå hur den har formats, och dessutom se om Venus tidigare haft vatten på ytan. För att göra detta kommer en tålig sfär släppas ner mot planeten som på sin nedfärd kommer att genomföra mätningar av ämnen i atmosfären. Dessutom kommer DAVINCI+ ta de första högupplösta bilderna av planetens motsvarande kontinentalplattor.

VERITAS
VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) ska kartlägga Venus yta för att bestämma dess geologiska historia. Missionen vill ta reda på varför Venus och jorden är så olika, trots deras liknande utgångspunkter. I omloppsbana kring planeten ska VERITAS skapa en 3D karta av topografin, och validera om plattektonik och vulkanism fortfarande är aktivt. Vidare, ska projektet dessutom undersöka ytans sten och vulkaner genom att kartlägga infraröd emission.

− Vi återupplivar vårt planetutforskarprogram med intensiv utforskning av en värld NASA inte har besökt på över 30 år, säger Thomas Zurbuchen, NASA:s biträdande administratör för forskning.

Vidare konstaterar Tom Wagner, forskare vid NASA:s utforskarprogram, att det är förvånande hur lite vi faktiskt vet om Venus.

– Det kommer vara som att vi återupptäcker planeten, säger han.

EnVision

EnVision ska göra detaljerade observationer av Venus för att förstå dess historia och relationen mellan Venus atmosfär och geologiska processer. NASA bidrar med the Synthetic Aperture Radar, VenSAR, som kommer göra högupplösta mätningar av planetens yta.

Med dessa missioner kommer det vara möjligt att avgöra om dr. Michael Way och hans teams modeller är korrekta eller om de behöver justeras. Med andra ord kommer vi förhoppningsvis veta om Venus faktiskt var bebolig en gång i tiden. Missionerna kommer även att hjälpa oss i jakten på liv i universum genom att lära oss mer om möjligt liv på utmanade världar.