Celem przeprowadzenia symulacji był przewidzenie cech, których obecnie nie jesteśmy w stanie obserwować, ale które będzie można sprawdzić w przyszłości, na przykład sondami kosmicznymi wysłanymi na Wenus.

Symulacje zostały wykonane przy pomocy oprogramowania open source o nazwie VPLanet. Można w nim ustalać różne warunki początkowe dla powstawania planety i parametry dla późniejszej ewolucji. Model bierze pod uwagę w obliczeniach wnętrze planty, litosferę i atmosferę.

Badacze uruchomili 234 tysiące symulacji pokrywających okres 4,5 miliarda lat ewolucji Wenus. Podstawowym założeniem było, iż Wenus zawsze miała stabilny reżim tektoniczny – jej skorupa nigdy nie rozpadła się na ruchome płyty (jak to dzieje się na Ziemi, gdzie mamy tektonikę płyt).

Chciano znaleźć scenariusze, których końcowy wynik odzwierciedla współczesne środowisko na Wenus. Przyjęto, że odzwierciedlają go trzy parametry: odpowiedni poziom dwutlenku węgla i wody w atmosferze oraz stosowna wartość momentu magnetycznego planety (aby nie było aktywnego mechanizmu dynama magnetycznego w jądrze). Spośród przeprowadzonych symulacji zaledwie 808, czyli 0,35 proc, odtworzyło poprawnie te trzy warunki.

Udane symulacje można podzielić na cztery główne ścieżki ewolucyjne planety. Najpowszechniejszy okazał się scenariusz, w którym płaszcz i jądro stygną w stopniowy sposób wraz z upływem czasu. Taki wariant pokazuje 72 proc. udanych symulacji. Jest to generalnie scenariusz, który przewidują dawniejsze modele.

Drugi z wariantów dotyczy 18 proc. udanych symulacji. Pokazują one Wenus umierającą magnetycznie. Planeta traci ogromne ilości wody z płaszcza, co skutkuje usztywnieniem, a w konsekwencji zmniejszeniem lepkości płaszcza tej warstwy i zagęszczeniem płyty tektonicznej. Taka sytuacja wywołuje blokadę wewnętrznego przepływu ciepła, zmniejszając ilość stopionych skał w jądrze do 1 proc.

Trzecia ze ścieżek dotyczy 10 proc. udanych symulacji. Pokazują one, że wewnętrzne jądro nigdy do końca nie urosło. Stałe jądro planety, który odpowiada za napędzanie dynamo planety, nigdy nie ma więcej niż 80 proc. całego rozmiaru jądra, a czasami nawet w ogóle nie powstaje stało jądro.

W ostatnim, czwartym przypadku, występowały gwałtowne oscylacje temperatury wewnętrznej i innych właściwości przez pierwsze pół miliarda lat. Dopiero po tym czasie nastąpiła stabilizacja do obecnie znanego nam stanu.

Autorzy wskazali, że kluczowymi parametrami odróżniającymi cztery scenariusze były pierwotna zawartość wody w płaszczu, lepkość płaszcza, odporność na odwodnienie, wydajność erupcji wulkanów oraz temperatura topnienia jądra.

Wskazano także, że we wszystkich wspominanych scenariuszach w Wenus przetrwała znacząca ilość wody w jej wnętrzu, co najmniej równoważna jednemu ziemskiemu oceanowi. Modele wskazują także, że Wenus nadal jest aktywna geologicznie.

Kolejnym z przewidywań modeli (w około 85 proc. udanych symulacji) jest to, że Wenus miała na początku swojej ewolucji pole magnetyczne. Pozostałości po tym mogą być dostępne w skałach na powierzchni. Zatem można będzie to zweryfikować wysyłając odpowiednią sondę na Wenus.

Istnieją obecnie plany trzech misji kosmicznych na Wenus: VERITAS (pod koniec lat 20.), DAVINCI (na początku lat 30.), oraz EnVision (lata 30.). Pierwsze dwie szykuje amerykańska NASA, a trzecią Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). Sondy mają zbadać z orbity powierzchnię Wenus oraz atmosferę planety. Uzyskane wyniki pozwolą zweryfikować niektóre z przewidywań opisywanych symulacji i w ten sposób sprawdzić, która ze ścieżek ewolucji mogła zajść w przypadku Wenus.

Badacze podkreślili także, że modele tego rodzaju mogą być przydatne przy interpretacji danych obserwacyjnych dla planet pozasłonecznych typu ziemskiego i przewidywaniu wewnętrznych własności tych obiektów.

Pierwszym autorem artykułu opisującego badania jest Rodolfo Garcia z Wydziału Astronomii na Uniwersytecie Waszyngtońskim w Seattle (USA). Publikacja jest dostępna w serwisie arXiv, w którym zamieszczane są wstępne wersje prac naukowych, z których część trafia następnie (po recenzjach) do czasopism naukowych. (PAP)

cza/ agt/