Även om Venus och jorden är så kallade systerplaneter, är de lika olika som himmel och helvete. Jorden är ett naturligt paradis där livet har bestått under dess azurblå himmel trots flera massutrotningar. Å andra sidan är Venus en blåsig planet med moln av svavelsyra och atmosfärstryck som är tillräckligt starkt för att klämma en människa.
Men systergrejen kommer inte att försvinna eftersom båda världarna har ungefär samma massa och radie och är steniga planeter bredvid varandra i det inre solsystemet. Varför är de så olika? Vad säger skillnaderna oss om vårt sökande efter livet?
Det internationella astronomiska samfundet inser att förståelsen av planetarisk beboelighet är en kritisk del av rymdvetenskap och astrobiologi. Utan en starkare förståelse för jordiska planeter och deras atmosfärer, oavsett om de är beboeliga eller inte, kommer vi inte riktigt att veta vad vi ser när vi undersöker en avlägsen exoplanet. Om vi hittar en exoplanet som uppvisar några tecken på liv, kommer vi aldrig att besöka den, aldrig studera den på nära håll och aldrig kunna prova dess atmosfär.
Det flyttar det vetenskapliga fokuset till de jordiska planeterna i vårt eget solsystem. Inte för att de verkar vara beboeliga utan för att en komplett modell av jordplaneter inte kan vara komplett utan att inkludera sådana som är nästan bokstavliga helveteshål, som syster Venus.
Ett färskt forskningsperspektiv inom Nature Astronomy undersöker hur de två planeterna divergerade och vad som kan ha drivit skillnaden. Den har titeln "Venus som en ankarpunkt för planetarisk beboelighet."
Huvudförfattaren är Stephen Kane, från Department of Earth and Planetary Sciences, University of California, Riverside. Hans medförfattare är Paul Byrne från Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences, Washington University i St. Louis.
"Ett stort fokus för planetarisk vetenskap och astrobiologi är att förstå planetarisk beboelighet, inklusive de otaliga faktorerna som styr utvecklingen och hållbarheten i tempererade ytmiljöer som jordens," skriver Kane och Byrne.
"De få betydande jordiska planetariska atmosfärerna i solsystemet fungerar som en kritisk resurs för att studera dessa beboelighetsfaktorer, från vilka modeller kan konstrueras för applicering på extrasolära planeter."
Ur deras perspektiv ger vårt solsystems tvillingar vår bästa möjlighet att studera hur liknande planeter kan ha så divergerande atmosfärer. Ju mer vi förstår det, desto bättre kan vi förstå hur steniga världar utvecklas över tiden och hur olika förhållanden gynnar eller begränsar beboelighet.
Jorden är ett undantag. Med sitt tempererade klimat och ytvatten har det varit beboeligt i miljarder år, om än med vissa klimatepisoder som kraftigt begränsat livet. Men när vi tittar på Mars verkar den ha varit beboelig under en period och sedan förlorat sin atmosfär och sitt ytvatten. Mars situation måste vara vanligare än jordens.
Det är en monumental utmaning att förstå en exoplanet när vi inte vet något om dess historia. Vi ser det bara vid en epok av dess klimat- och atmosfäriska historia. Men upptäckten av tusentals exoplaneter hjälper.
"Upptäckten av tusentals exoplaneter, och bekräftelsen att jordiska planeter är bland de vanligaste typerna, ger en statistisk ram för att studera planetegenskaper och deras utveckling generellt", skriver författarna.
Ett snävt utbud av egenskaper gör att biokemi kan växa fram, och dessa egenskaper kanske inte håller. Vi måste identifiera dessa egenskaper och deras parametrar och bygga en bättre förståelse för beboelighet. Ur detta perspektiv är Venus en skattkammare av information.
Men Venus är en utmaning. Vi kan inte se genom dess täta moln annat än med radar, och ingen har försökt landa en rymdfarkost där sedan Sovjetunionen på 1980-talet. De flesta av dessa försök misslyckades, och de som överlevde varade inte länge. Utan bättre data kan vi inte förstå Venus historia. Det enkla svaret är att det är närmare solen. Men det är för enkelt för att vara till hjälp.
"Venus evolutionära väg till dess nuvarande tillstånd för flyktiga växthus är en diskussionsfråga, som traditionellt har tillskrivits dess närmare närhet till solen," förklarar Kane och Byrne.
Men när forskare tittar närmare på Venus och jorden, hittar de många grundläggande skillnader mellan dem bortom deras avstånd från solen. De har olika rotationshastigheter, de har olika snedställningar och de har olika magnetfält, för att nämna några. Det betyder att vi inte kan mäta den exakta effekten större solinstrålning har på planeten.
Detta är författarnas huvudpoäng. Skillnaderna mellan jorden och Venus gör Venus till en kraftfull del av förståelsen av steniga exoplaneters beboelighet. "Venus erbjuder oss således en kritisk ankarpunkt i den planetariska beboelighetsdiskursen, eftersom dess evolutionära berättelse representerar en alternativ väg från det jordbaserade narrativet – även om ursprunget till båda världarna, förmodligen är lika", skriver de.
Författarna påpekar att grundkravet för liv är ytvatten. Men den större frågan är vilka faktorer som styr hur länge ytvatten kan bestå. "Genom detta mått kan undersökningar av planetarisk beboelighet sedan fokusera på de förhållanden som gör att flytande ytvatten kan upprätthållas genom geologisk tid", skriver de.
Jorden och Venus är på motsatta ändar av spektrat av stenig planets beboelighet. Det är en viktig lärdom vi kan lära av vårt eget solsystem. Av den anledningen är "...att förstå vägen till ett Venus-scenario lika viktigt som att förstå vägen till beboelighet som kännetecknar jorden", skriver författarna.
Forskarparet skapade en lista över några av de faktorer som styr beboeligheten på jorden och Venus.
Det finns så mycket vi inte vet om Venus. Hur stor är dess kärna? Har den någonsin haft vatten? Viss forskning visar att när planeten förlorade sitt vatten och blev helt beboelig fanns det mycket syre i atmosfären. Om vi såg samma mängd syre på en avlägsen exoplanet skulle vi kanske tolka det som ett livstecken. Stort misstag. "Venus fungerar alltså som en varnande berättelse för tolkningar av till synes syrerika atmosfärer", skriver författarna.
Kane och Byrnes forskningsperspektiv är en uppmaning till handling. Det speglar vad de senaste Decadal Surveys har sagt. "Den senaste tidens astronomi och astrofysik, och planetvetenskap och astrobiologis dekadalundersökningar betonar båda behovet av en förbättrad förståelse av planetarisk beboelighet som ett väsentligt mål inom astrobiologins sammanhang", skriver de. För författarna kan Venus förankra ansträngningen.
Men för att det ska fungera som ett ankare behöver forskarna svar på många frågor. De måste studera dess atmosfär mer ingående på alla höjder. De måste studera dess inre och bestämma arten och storleken på dess kärna. Kritiskt sett måste de få en rymdfarkost till ytan och undersöka dess geologi på nära håll. Kort sagt, vi måste göra på Venus vad vi har gjort på Mars.
Det är utmanande, med tanke på Venus fientliga miljö. Men uppdrag förbereds för att utforska Venus mer i detalj. VERITAS, DAVINCI och EnVision är alla Venus-uppdrag planerade till 2030-talet. Dessa uppdrag kommer att börja ge forskarna de svar vi behöver.
När vi lär oss mer om Venus behöver vi också lära oss mer om exo-venuser. "Ett parallellt tillvägagångssätt för att studera Venus inneboende egenskaper är den statistiska analysen av det enorma (och fortfarande snabbt växande) lagret av terrestra exoplaneter", skriver författarna.
Vi lever i en tid av upptäckter av exoplaneter. Vi har upptäckt över 5 000 bekräftade exoplaneter, och siffran fortsätter att växa. Vi lanserar rymdfarkoster för att studera de mest intressanta mer ingående. Men någon gång kommer saker och ting att förändras. Hur många av dem behöver vi katalogisera? Räcker 10 000? 20 000? 100 000?
Det är helt nytt just nu, och entusiasmen att hitta fler exoplaneter, särskilt steniga sådana i beboeliga zoner, är förståelig. Men så småningom kommer vi att nå någon form av tröskel för minskande avkastning. För att förstå dem, kanske vår ansträngning ägnas mer klokt åt att studera Venus och hur den utvecklades så annorlunda.
Precis som Kane och Byrne föreslår.
Mer information: Stephen R. Kane et al, Venus som ankarpunkt för planetarisk beboelighet, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02228-5
Journalinformation: Naturastronomi
Tillhandahålls av Universe Today
