Obrazek wyróżniający: NASA via Wikimedia Commons
Wenus często przedstawia się jako siostrzaną planetę Ziemi. Nie bez powodu: powstały w tym samym okresie, mają bardzo podobne rozmiary, masę, strukturę materiałową, a gdyby losy potoczyły się inaczej, może i warunki wenusjańskie przypominałyby te ziemskie. Jednak różnic jest prawie tyle samo co podobieństw. Przykładem istotnej rozbieżności między tymi planetami jest obecność pokaźnego księżyca w przypadku Ziemi, lecz brak naturalnego satelity Wenus (przynajmniej obecnie). Taki naturalny satelita mógłby istotnie wpłynąć na możliwość istnienia życia na młodej Wenus, gdyż taka korelacja istnieje na Ziemi. Dlaczego więc Wenus nie ma towarzysza?
Globalny wygląd Wenus na długości geograficznej 180° E.
Istnieje wiele teorii, które tłumaczą to zjawisko. Trzy główne hipotezy wyróżniają się jednak na tle innych. Pierwsza koncepcja zakłada, że Wenus nigdy nie doświadczyła zderzenia podobnego do tego, które spowodowało uformowanie ziemskiego Księżyca. Druga zakłada powstanie naturalnego satelity w przeszłości, lecz jego usunięcia – destrukcji lub odlotu – w wyniku dwóch następujących po sobie gigantycznych zderzeń z Wenus. Trzecia, którą analizuje nowe badanie opublikowane w The Astrophysical Journal, wysuwa równie ponury scenariusz, lecz proponuje unicestwienie jako następstwo działania sił pływowych Wenus.
Trzecia hipoteza nie została wybrana ze względu na większe prawdopodobieństwo. Wszystkie możliwości pozostają otwarte. Zniszczenie pływowe księżyca Wenus było już wcześniej analizowane, ale dotąd nie przeprowadzono systematycznego badania przestrzeni parametrów z użyciem pełnych równań ewolucji pływowej. Właśnie tę lukę wypełnia nowa praca.
Główną kwestią w przypadku sił pływowych jest czas. Nawet gdy nie oddziaływają szczególnie silnie na drugie ciało, to często wpływ ich działania kumuluje się przez lata. Tak jest chociażby w przypadku Ziemi i Księżyca. Co roku orbita Księżyca jest odpychana od Ziemi o około 4 centymetry właśnie za sprawą tych oddziaływań. Przewodnim pytaniem pracy było więc „czy księżyc Wenus mógł przetrwać do dziś?”
Badanie obiektu, którego już nie ma
Aby odpowiedzieć na wspomniane pytanie, badacze zbudowali model, który opisuje, jak pływy Wenus zmieniają jednocześnie orbitę satelity i obrót samej planety. Przeanalizowali ewolucję takiego układu w dwóch różnych ujęciach oddziaływań pływowych, a następnie sprawdzili, jak wynik zależy od warunków początkowych: tempa obrotu Wenus tuż po zderzeniu, masy księżyca, początkowej odległości i kształtu orbity oraz tego, jak łatwo wnętrze planety rozprasza energię pływową. Zanim jednak zastosowali model do Wenus, sprawdzili go na układzie Ziemia–Księżyc. Obliczone tempo oddalania się Księżyca zgadzało się z pomiarami z dokładnością do około 3%, co uwiarygodnia późniejsze wyniki systemu dla Wenus.
Kluczowa okazała się odległość, którą astronomowie nazywają promieniem synchronicznym. To odległość, w której księżyc okrążałby planetę dokładnie w takim czasie, w jakim ta obraca się wokół własnej osi. Księżyc krążący poza nią jest stopniowo odpychany na zewnątrz tak jak ziemski Księżyc. Księżyc krążący wewnątrz niej zaczyna spadać ku planecie, aż przekroczy granicę Roche’a (około 2,85 promienia Wenus), czyli odległość, w której siły pływowe rozerwałyby go na kawałki. Problem w tym, że księżyc, oddalając się, hamuje obrót planety, a to sprawia, że promień synchroniczny również się przesuwa na zewnątrz. Powstaje więc wyścig: jeśli księżyc jest dostatecznie lekki, a Wenus początkowo kręci się szybko, księżyc pozostaje na zewnątrz i przetrwa. Jeśli jest zbyt masywny, hamuje planetę tak skutecznie, że promień synchroniczny go dogania, a wtedy księżyc zawraca i spada ku zagładzie.
Wyniki pokazują, że scenariusz przetrwania jest możliwy, ale wymaga dość szczególnych warunków. Księżyc o masie zbliżonej do ziemskiego Księżyca przetrwałby około 4,5 mld lat, gdyby Wenus po zderzeniu obracała się z okresem nie dłuższym niż około 12 godzin. Księżyce co najmniej dwukrotnie masywniejsze zostałyby zniszczone w ciągu od około 30 mln do 1,7 mld lat (w jednym z modeli). Jeśli zaś okres obrotu Wenus byłby dłuższy niż 16 godzin, księżyc spadłby na nią w ciągu zaledwie miliona lat, niezależnie od swojej masy.
Wszystkie te niewiadome sprawiają, że problem ten może pozostać nierozstrzygnięty. Dlatego, choć wiele badań jest prowadzonych, być może ludzkość nigdy nie pozna odpowiedzi na pytanie „czy Wenus miała księżyc?”
