Venus döljer en mängd information som kan hjälpa oss att bättre förstå jorden och exoplaneterna. NASA:s JPL designar uppdragskoncept för att överleva planetens extrema temperaturer och atmosfärstryck. Den här bilden är en sammansättning av data från NASA:s rymdfarkost Magellan och Pioneer Venus Orbiter. Kredit:NASA/JPL-Caltech
Sue Smrekar vill verkligen tillbaka till Venus. På hennes kontor på NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, planetforskaren visar en 30 år gammal bild av Venus yta tagen av rymdfarkosten Magellan, en påminnelse om hur lång tid som har gått sedan ett amerikanskt uppdrag kretsade runt planeten. Bilden avslöjar ett helveteslandskap:en ung yta med fler vulkaner än någon annan kropp i solsystemet, gigantiska sprickor, höga bergsbälten och temperaturer som är tillräckligt höga för att smälta bly.
Nu överhettad av växthusgaser, Venus klimat liknade återigen jordens, med ett grunt hav av vatten. Det kan till och med ha subduktionszoner som jorden, områden där planetens skorpa sjunker tillbaka i berget närmare planetens kärna.
"Venus är som kontrollfallet för jorden, ", sa Smrekar. "Vi tror att de började med samma sammansättning, samma vatten och koldioxid. Och de har gått två helt olika vägar. Så varför? Vilka är nyckelkrafterna som är ansvariga för skillnaderna?"
Smrekar arbetar med Venus Exploration Analysis Group (VEXAG), en koalition av forskare och ingenjörer som undersöker sätt att återbesöka planeten som Magellan kartlade för så många decennier sedan. Även om deras tillvägagångssätt varierar, gruppen är överens om att Venus skulle kunna berätta något mycket viktigt om vår planet:vad som hände med det överhettade klimatet hos vår planettvilling, och vad betyder det för livet på jorden?
Orbiters
Venus är inte den planet som ligger närmast solen, men det är det hetaste i vårt solsystem. Mellan den intensiva värmen (900 grader Fahrenheit värme, eller 480 grader Celsius), de frätande svavelmolnen och en förkrossande atmosfär som är 90 gånger tätare än jordens, att landa en rymdfarkost där är otroligt utmanande. Av de nio sovjetiska sonderna som uppnådde bedriften, ingen varade längre än 127 minuter.
Från den relativa säkerheten i rymden, en orbiter skulle kunna använda radar och nära-infraröd spektroskopi för att titta under molnskikten, mäta landskapsförändringar över tid, och avgöra om marken rör sig eller inte. Det kan leta efter indikatorer på tidigare vatten såväl som vulkanisk aktivitet och andra krafter som kan ha format planeten.
Smrekar, som arbetar på ett orbiterförslag som heter VERITAS, tror inte att Venus har plattektonik som jorden har. Men hon ser möjliga antydningar till subduktion - vad som händer när två plattor konvergerar och den ena glider under den andra. Mer data skulle hjälpa.
"Vi vet väldigt lite om sammansättningen av Venus yta, " sa hon. "Vi tror att det finns kontinenter, som på jorden, som kunde ha bildats via tidigare subduktion. Men vi har inte informationen för att verkligen säga det."
Svaren skulle inte bara fördjupa vår förståelse av varför Venus och jorden nu är så olika; de kunde begränsa de villkor som forskare skulle behöva för att hitta en jordliknande planet någon annanstans.
Varmluftsballonger
Orbiters är inte det enda sättet att studera Venus från ovan. JPL-ingenjörerna Attila Komjathy och Siddharth Krishnamoorthy föreställer sig en armada av luftballonger som åker med stormvindarna i de övre nivåerna av den venusiska atmosfären, där temperaturen ligger nära jordens.
"Det finns inget uppdrag för en ballong på Venus ännu, men ballonger är ett bra sätt att utforska Venus eftersom atmosfären är så tjock och ytan är så hård, " sa Krishnamoorthy. "Ballongen är som den söta fläcken, där du är tillräckligt nära för att få ut många viktiga saker, men du är också i en mycket mer godartad miljö där dina sensorer faktiskt kan hålla länge nog för att ge dig något meningsfullt."
Teamet skulle utrusta ballongerna med seismometrar som är tillräckligt känsliga för att upptäcka skalv på planeten nedanför. På jorden, när marken skakar, att rörelsen skvalpar in i atmosfären som vågor av infraljud (motsatsen till ultraljud). Krishnamoorthy och Komjathy har visat att tekniken är genomförbar med hjälp av silverluftballonger, som mätte svaga signaler ovanför områden på jorden med skakningar. Och det är inte ens med fördelen med Venus täta atmosfär, där experimentet sannolikt skulle ge ännu starkare resultat.
Ett team av JPL-ingenjörer testar om en stor ballong kan mäta jordbävningar från luften. Teamet föreslår att mäta "venusqakes" från den tempererade övre atmosfären på Venus, med hjälp av en armada av ballonger. Kredit:NASA/JPL-Caltech
"Om marken rör sig lite, den skakar luften mycket mer på Venus än den gör på jorden, " förklarade Krishnamoorthy.
För att få seismiska data, fastän, ett ballonguppdrag skulle behöva kämpa med Venus' orkankraftiga vindar. Den idealiska ballongen, som fastställts av Venus Exploration Analysis Group, kunde kontrollera sina rörelser i åtminstone en riktning. Krishnamoorthy och Komjathys team har inte kommit så långt, men de har föreslagit en medelväg:att låta ballongerna i huvudsak åka vinden runt planeten med jämn hastighet, skickar sina resultat tillbaka till en orbiter. Det är en början.
Landningssonder
Bland de många utmaningarna som en Venus-landare står inför är de solblockerande molnen:Utan solljus, solenergi skulle vara kraftigt begränsad. Men planeten är för varm för att andra kraftkällor ska överleva. "Temperaturmässigt, det är som att vara i din köksugn inställd på självrengörande läge, " sa JPL ingenjör Jeff Hall, som har arbetat med ballong- och landerprototyper för Venus. "Det finns verkligen ingen annanstans som den ytmiljön i solsystemet."
Som standard, ett landningsuppdrags livslängd kommer att kortas av att rymdfarkostens elektronik börjar misslyckas efter några timmar. Hall säger att mängden ström som krävs för att driva ett kylskåp som kan skydda ett rymdskepp skulle kräva fler batterier än en landare kan bära.
"Det finns inget hopp om att kyla en lander för att hålla den sval, "tillade han. "Allt du kan göra är att sakta ner den hastighet med vilken den förstör sig själv."
NASA är intresserad av att utveckla "het teknik" som kan överleva dagar, eller till och med veckor, i extrema miljöer. Även om Halls Venus lander-koncept inte tog sig till nästa steg i godkännandeprocessen, det ledde till hans nuvarande Venus-relaterade arbete:ett värmebeständigt borr- och provtagningssystem som kunde ta Venusiska jordprover för analys. Hall arbetar med Honeybee Robotics för att utveckla nästa generations elmotorer som driver borrar under extrema förhållanden, medan JPL-ingenjören Joe Melko designar det pneumatiska provtagningssystemet.
Tillsammans, de arbetar med prototyperna i JPL:s stålväggiga Large Venus Test Chamber, som efterliknar planetens förhållanden ända ner till en atmosfär som är en kvävande 100 procent koldioxid. Med varje framgångsrikt test, teamen tar mänskligheten ett steg närmare att tänja på gränserna för utforskning på denna mest ogästvänliga planet.
