Венера, возможно, ещё жива: что рассказали о планете её гигантские рифты
Венера — не самое гостеприимное место в Солнечной системе: температура на поверхности держится в районе нескольких сотен градусов Цельсия, а океанов, подобных земным, там никогда не было. Десятилетиями планетологини считали Венеру геологически «уснувшей» — планетой, чья тектоническая жизнь давно закончилась. Но за последние годы эта картина трещит по швам: у Венеры находят признаки активного вулканизма, а теперь — благодаря новому трёхмерному компьютерному моделированию — и явные намёки на то, что её кора продолжает растягиваться и рваться прямо сейчас или делала это совсем недавно по геологическим меркам.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, посвящено гигантским рифтовым долинам Венеры — и одна из его соавторок, профессорка Фрайбургского университета Анна Гюльхер, сыграла ключевую роль в том, чтобы полученные результаты сложились в цельную и убедительную картину.
Рифтовые долины (их часто называют «хазмами», от латинского chasma — «расщелина») — это протяжённые, глубокие и крутостенные тектонические структуры, возникающие там, где кора планеты растягивается и раскалывается. На Венере такие рифтовые системы суммарно тянутся почти на 40 000 км и покрывают около 8% поверхности планеты, а отдельные долины могут достигать 10 000 км в длину — это сопоставимо по масштабу с Восточно-Африканской рифтовой системой на Земле, только в разы протяжённее. Многие рифты связаны с крупными куполовидными поднятиями коры, которые считаются поверхностным выражением поднимающихся из мантии тепловых потоков — мантийных плюмов.
Проблема в том, что возраст этих структур долго оставался загадкой. Большинство геологинь относили венерианские рифты к одним из самых молодых элементов рельефа планеты, но «молодой» на Венере может означать и «сформировался вчера», и «сформировался 100+ миллионов лет назад и с тех пор просто хорошо сохранился» — ведь на Венере нет ни воды, ни ветровой эрозии, которые обычно стирают старый рельеф на Земле.
Чтобы разобраться, исследовательская команда из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) и Фрайбургского университета построила серию трёхмерных термомеханических моделей — по сути, компьютерных симуляций, которые описывают, как порода растягивается, разрушается и течёт под действием температуры и механических напряжений. Использовался специализированный код I3ELVIS, реализующий вязко-упруго-пластичную реологию породы с учётом её сжимаемости — то есть модель одновременно учитывает упругую, вязкую и хрупкую («ломающуюся») составляющие поведения камня при разных температурах и давлениях.
Модельное пространство представляло собой блок коры и мантии размером 1024 × 512 × 192 км, «нарезанный» на детальную вычислительную сетку. Кору толщиной 20 км тестировали в трёх вариантах состава — слабый плагиоклаз, более прочный сухой диабаз и самый прочный мафический гранулит, — а литосферу задавали толщиной 100 или 150 км. Скорость растяжения варьировали от медленной (1 см/год) до умеренной (3 см/год) и быстрой (10 см/год).
Результат оказался показательным: рифт вообще не формируется, если литосфера тоньше примерно 150 км — деформация просто «размазывается» по мантии, не локализуясь в разлом. А вот при достаточно толстой литосфере и прочной коре (диабаз или гранулит) рифтогенез идёт по узнаваемому сценарию: сначала на поверхности появляется неглубокий грабен вдоль нескольких параллельных разломов, затем один из разломов становится доминирующим и быстро формирует крутой уступ высотой в несколько километров, который со временем превращается в пологий разлом-детачмент.
Ключевое открытие касается так называемых плеч (бортов) рифта — широких приподнятых гряд по обе стороны от рифтовой долины. Модели показали: пока рифт активен или только что «затих», его плечи остаются высокими, широкими и крутыми. Но стоит растяжению прекратиться — и плечи начинают довольно быстро оседать и сглаживаться. Причём происходит это не за счёт эрозии, как на Земле, а из-за релаксации коры: порода под собственным весом медленно «расползается», и рельеф теряет резкость.
Скорость этого затухания сильно зависит от прочности коры. Для модели с диабазовой корой ширина плеча рифта уменьшилась со 120 км до менее чем 90 км всего за миллион лет и до менее чем 30 км спустя около 105 миллионов лет; перепад высот на разломе за это время сократился примерно на 60%. Гранулитовая же кора «держит форму» значительно дольше: ширина плеча снижается с примерно 130 км до порядка 50 км лишь через 100 миллионов лет, а высотный перепад уменьшается всего на 30%. Иными словами, широкие и высокие плечи рифта — это не просто украшение рельефа, а своего рода геологический таймер, который тикает по-разному в зависимости от состава коры, но неизменно указывает на недавнюю или продолжающуюся активность.
Чтобы сопоставить модели с реальностью, авторки работы обратились к топографическим данным, собранным зондом NASA «Магеллан» в 1990-х годах. Из всего многообразия венерианских рифтов особое внимание досталось трём: каньону Дали (Dali Chasma) и каньону Ганис (Ganis Chasma) в области Атла, а также каньону Девана (Devana Chasma) в области Бета.
У каньона Дали западный борт крутой, с перепадом высот около 5 км, а плечи рифта имеют медианную ширину порядка 110 км. У каньона Ганис плечи ещё шире — около 160 км, с перепадом высот порядка 4 км на западном склоне. А у каньона Девана ширина плеч превышает 180 км, при этом крутыми оказываются оба борта долины. По совокупности признаков все три структуры оказались практически неотличимы от смоделированных «молодых» и активных рифтов — тех, что формировались при относительно высокой скорости растяжения в 3–10 см в год. Это, к слову, заметно быстрее, чем считалось раньше, и вполне сопоставимо со скоростью движения литосферных плит на Земле.
Вывод команды осторожен, но недвусмыслен: рифты в этих трёх регионах, по всей видимости, либо активны прямо сейчас, либо были активны совсем недавно — в пределах последних нескольких десятков миллионов лет. Авторки также осторожно предполагают, что необычно высокая скорость растяжения может быть связана с недавней активностью мантийных плюмов под этими участками коры.
Если численное моделирование и большая часть расчётов — заслуга остальной части команды, то профессорка Анна Гюльхер (Anna J. P. Gülcher), возглавляющая исследовательскую группу «Геодинамика Земли и планет» на геологическом факультете Фрайбургского университета и одновременно связанная с Центром космоса и обитаемости при Бернском университете, отвечала за то, чтобы результаты моделирования получили верную геологическую интерпретацию, вписались в общую научную дискуссию, и участвовала в подготовке итоговой версии статьи.
Это не случайный выбор соавторки: Гюльхер — одна из ведущих в мире специалисток именно по тектонике и вулканизму Венеры. Ранее она была соавторкой знаковой статьи 2020 года в Nature Geoscience, показавшей, что кольцевые структуры на Венере — так называемые короны — формируются под действием взаимодействия мантийных плюмов с литосферой, и что это взаимодействие продолжается по сей день. В 2025 году она с коллегами опубликовала одну из первых трёхмерных термомеханических моделей венерианских рифтов и их взаимодействия с плюмами и интрузиями, а также собрала обновлённую глобальную базу данных венерианских корон. Именно эта более ранняя работа во многом подготовила почву для нынешнего исследования и его выводов о связи быстрого рифтогенеза с плюмовой активностью.
По словам Гюльхер, детализированные трёхмерные симуляции впервые позволяют читать рельеф венерианских рифтов как прямой сигнал текущей тектонической активности — и тем самым дают будущим космическим миссиям конкретные ориентиры: места, где действительно стоит искать планету «в действии». Как участница научной команды миссии EnVision, она вместе с коллегами уже сейчас занимается составлением предварительного списка наиболее интересных целевых регионов на Венере — включая рифтовые долины, ставшие предметом нынешней работы, — и с нетерпением ждёт данных высокого разрешения, которые позволят проверить построенные модели на настоящей планете.
Интерес к Венере в последние годы стремительно растёт: ESA готовит к запуску в начале 2030-х годов орбитальный аппарат EnVision, а NASA — миссию VERITAS (не раньше 2031 года); обе будут детально картировать поверхность и недра планеты. Результаты нового моделирования могут напрямую помочь этим миссиям: зная, как выглядит топографическая «подпись» активного рифта, планировщицы смогут заранее выбрать участки, где повторные радарные наблюдения с высокой вероятностью зафиксируют реальную деформацию поверхности — то есть поймают планету буквально в момент тектонического движения.
Помимо практической пользы для будущих миссий, работа расширяет и фундаментальное понимание того, как вообще формируются и «стареют» каменистые планеты без плитовой тектоники земного типа. А поскольку Венера — ближайший к нам пример такой альтернативной тектонической эволюции, выводы исследования могут пригодиться и при интерпретации данных о рельефе каменистых экзопланет, которые становится всё труднее рассмотреть детально, но всё легче — заподозрить в геологической активности.
Источники:
ETH Zürich — официальный пресс-релиз «Venus: Dead? Far from it» Официальное сообщение ETH Zürich о публикации исследования
Фрайбургский университет — официальный пресс-релиз «New findings about Venus confirm the planet's tectonic activity» Официальный пресс-релиз Фрайбургского университета