Venus

Venus er önnur reikistjarnan frá sólinni og sjötta stærsta reikistjarna sólkerfisins, örlítið minni en Jörðin. Venus er stundum kölluð tvíburasystir jarðar: Þær eru álíka efnismiklar, álíka stórar með svipaðan eðlismassa og þyngdarhröðun. Á báðum reikistjörnum eru fáir gígar sem bendir til þess að jarðfræðileg virkni eigi sér stað. Þó er eitt veigamikið atriði sem skilur á milli: Yfirborð Venusar er óvistlegt en Jörðin er eini staðurinn þar sem vitað er um líf með vissu.

Goðsagnir

Venus er nefnd eftir rómversku ástar- og fegurðargyðjunni, enda jafnan ægifögur á kvöld- eða morgunhimninum. Venus var upphaflega akuryrkjugyðja áður en hún var sameinuð hinni grísku Afródítu. Hún var dóttir Júpíters og meðal ástmanna hennar voru Mars og Vúlkan. Sonur ástargyðjunnar var vitaskuld Amor sem fæddist í gulleggi. Mikilvægi gyðjunnar jókst með áhrifum nokkura rómverskra stjórnmálaleiðtoga. Rómverski einræðisherrann Lúkíus Kornelíus Súlla gerði hana að verndara sínum og bæði Júlíus Sesar og Ágústus keisari röktu ættir sínar til hennar.

Inkarnir persónugerðu plánetuna sem Chasca, þjón sólarinnar. Hún var dýrkuð sem gyðja dögunar og ljósaskipta og sérlegur verndari jómfrúa og ungra stúlkna. Mayar tengdu reikistjörnuna við guðinn Quetzalcoatl sem var guð himinsins og dögunar, en Babýlóníumenn nefndu hana Ishtar eftir gyðju ástar og ófriðar.

Venus hefur þekkst frá forsögulegum tíma enda er hún bjartasta fyrirbæri næturhiminsins á eftir sólinni og tunglinu, þegar hún er hvað björtust. Hún var eitt sinn talin tvær aðskildar stjörnur: morgunstjarnan Evsfórus og kvöldstjarnan Hesperus. Morgunstjarnan var einnig persónugerð sem Lúsífer (ljósberinn) en hann var sonur Áróru, gyðju morgunroðans.

Hliðstæða Venusar í norrænni goðafræði er ástar- og örlagagyðjan Frigg Fjörgynsdóttir, eiginkona Óðins og móðir Baldurs, sem Höður hinn blindi varð að bana með mistilteini að áeggjan Loka Laufeyjarsonar. Þess vegna hefur Venus stundum verið nefnd Friggjarstjarnan á íslensku. Venus hefur einnig verið nefnd demantur himinsins, nornastjarnan, drekastjarnan og jafnvel blóðstjarnan.

Tákn Venusar, hringur með krossi sem gengur niður úr honum, er tákn fyrir spegil gyðjunnar. Venusarspegillinn er einnig notað sem tákn fyrir kvenkyn í líffræði.

Eðliseinkenni

Stjörnufræðingar hafa lengi vitað að Venus er álíka stór að þvermáli og jörðin. Nikulás Kópernikus, höfundur sólmiðjukenningarinnar, vissi að hægt var að finna út vegalengdina til Venusar með einfaldri hornafræði út frá fjarlægð hennar frá sólu á himninum við austustu og vestustu álengd. Þegar vegalengdin er þekkt, sem og hornstærð reikistjörnunnar á himninum, er hægt að nota smáhornsformúluna til að reikna út að Venus er um 12.104 km að þvermáli um miðbaug.

Með því að fylgjast með umferðartíma fylgitungla umhverfis reikistjörnu geta stjörnufræðingar notað þriðja lögmál Keplers til að reikna út massa reikistjörnunnar. Bæði Merkúríus og Venus hafa ekkert fylgitungl svo massi þeirra var svo til óþekktur fram á miðja 20. öld. Áður en geimför komu til sögunnar var eina leiðin til að mæla massa Merkúríusar og Venusar sú, að kanna áhrif þeirra á brautir annarra reikistjarna. Stjörnufræðingar greindu þá örlitlar breytingar á braut jarðar sem þyngdartog Venusar olli. Þessar breytingar eru örlitlar svo erfitt er að fá nákvæmt mat á massanum með þessari aðferð. Þegar geimför þutu loks framhjá reikistjörnunum gátu stjörnufræðingar mælt breytingar á brautum geimfaranna af völdum þyngdartogsins. Kom þá í ljós að massi Venusar er 81,5% af massa jarðar.

Þegar við þekkjum massann og rúmmálið er auðvelt að reikna út eðlismassann. Í ljós kemur að eðlismassi Venusar er tæplega 5,24 g/cm³, ekki ósvipaður eðlismassa jarðar. Hár eðlismassi bendir til þess að Venus sé, líkt og jörðin, úr málmum og bergi.

Braut og snúningur

Venus er að meðaltali í um 108 milljón km fjarlægð frá sólinni. Meðalbrautarhraði hennar er 35,02 km/s svo hún lýkur einni hringferð um sólina á 224,65 jarðdögum. Allar reikistjörnurnar í sólkerfinu eru á sporöskjulaga brautum en braut Venusar kemst næst því að vera hringlaga þar sem miðskekkjan er aðeins 0,0068.

Venus snýst afar hægt um möndul sinn, hægast allra reikistjarna sólkerfisins. Þannig er stjarnbundinn snúningstími reikistjörnunnar – sá tími sem það tekur hnött að snúast 360 gráður eða einn hring miðað við stjörnurnar í bakgrunni – 243,01 jarðdaga langur, sem er lengra en umferðartími hennar um sólina. Með öðrum orðum er árið styttra en sólarhringurinn á Venusi. Geimfari á yfirborðinu sem gæti með einhverjum hætti gægst í gegnum skýjahuluna, sæi sólina og stjörnurnar færast aðeins eina og hálfa gráðu yfir himinninn á 24 klukkustundum. Til samanburðar er færsla sólar og stjarnanna frá jörðu séð, ein og hálf gráða á aðeins sex mínútum! Snúningshraði reikistjörnunnar er þar af leiðandi aðeins 1,8 m/s, svona léttur skokkhraði hjá meðalmanni.

Snúningur réttsælis og rangsælis. (a) Ef þú gætir séð sólkerfið ofan frá sæirðu hvernig reikistjörnunar snúast rangsælis umhverfis sólina líkt og klukka sem gengur aftur á bak. Möndulsnúningur reikistjarnanna er einnig í sömu átt. (b) Venus er undantekning þar sem möndulsnúningur hennar er í öfuga átt eða rangsælis miðað við brautarstefnuna. Mynd: W.H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Venus snýst ekki aðeins löturhægt heldur einnig í óvenjulega átt miðað við hinar reikistjörnunnar. Sé horft á sólkerfið ofan frá snúast allar reikistjörnurnar rangsælis (líkt og klukka sem gengur aftur á bak) um möndul sinn og umhverfis sólina, þ.e.a.s. möndulsnúningsáttin er í sömu átt og brautarstefnan. Er þetta afleiðing þess að rykskýið sem sólkerfið varð til úr snerist rangsælis. Það þýðir að sólin og stjörnurnar rísa í austri og setjast í vestri, séð af yfirborði reikistjörnu sem snýst í rétta átt um sólina eins og t.d. jörðin.

Venus er undantekning á þessari reglu því hún snýst réttsælis (líkt og klukka sem gengur rétt) um sjálfa sig en gengur rangsælis umhverfis sólina, líkt og hinar reikistjörnurnar. Möndulsnúningurinn er, með öðrum orðum, í öfuga átt miðað við brautarstefnuna. Geimfari á yfirborði Venusar sæi sólina rísa í vestri og setjast í austri.

Hvernig vitum við hve hratt Venus snýst?

En hvernig vita stjörnufræðingar hvernig og hve hratt Venus snýst? Ein leiðin er að fylgjast með skýjum í lofthjúpi reikistjörnunnar sem annars er einstaklega einsleitur. Vindar í lofthjúpnum valda því að skýin færast miðað við yfirborð Venusar svo þessi mæling gefur ekki nákvæmt mat á snúningshraðanum. Nauðsynlegt er að fylgjast með yfirborðinu sjálfu en eins og við höfum komist að er það vandkvæðum bundið þar sem ekki sést niður á yfirborðið sjálft í gegnum skýin. Þess í stað notast stjörnufræðingar við aðra tegund ljóss.

Ský eru úr örsmáum gas- og rykögnum og vatnsdropum. Almennt séð kemst sýnilegt ljós aðeins í gegnum slík ský ef bylgjulengd ljósgeislanna er stór í samanburði við agnirnar. Þannig eru regnský í lofthjúpi jarðar úr vatnsdropum sem eru að meðaltali 20 míkrómetrar í þvermál (einn míkrómetri er milljónasti úr metra, hundrað sinnum smærri en millímetri). Bylgjulengd sýnilegs ljóss er milli 400 og 700 nanómetrar sem þýðir að ljósgeisli er meira en þúsund sinnum minni en regndropi. Þess vegna berst sýnilegt ljós ekki svo gjörla í gegnum slík ský og þess vegna eru rigningadagar dimmari en heiðríkir dagar. Útvarps- og örbylgjur eru aftur á móti töluvert stærri en skýjaagnirnar, eða milli 0,003 metrar (örbylgjur) til 0,1 metrar (útvarpsbylgjur). Þessar bylgjur komast greiðlega í gegnum ský, — þess vegna virkar farsíminn þinn eða útvarpið þitt jafn vel á heiðskírum degi og rigningadegi.

Þrjú andlit Venusar. Mismunandi öldulengdir ljóss gefa okkur mismunandi sýn á Venus. Mynd (a) sýnir okkur hvernig Venus kæmi geimfara fyrir sjónir en mynd (b) sýnir hvernig útfjólublátt ljós dregur fram mynstur í skýjunum sem annars sjást ekki. Mynd (c) sýnir að ratsjá er eina leiðin til að svipta skýjahulunni af Venusi. Mynd: Stjörnufræðivefurinn.

Ský í lofthjúpi Venusar eru gegnsæ í útvarps- og örbylgjum líkt og ský í lofthjúpi jarðar. Snemma á sjött áratug tuttugustu aldar urðu talsverðar framfarir í útvarpssjónaukum sem gerðu stjörnufræðingum kleift að senda útvarps- eða örbylgjur til Venusar og skoða hvernig bylgjurnar breyttust þegar þær endurvörpuðust af yfirborðinu og aftur til jarðar. Þessi hugvitsama aðferð gerði stjörnufræðingum kleift að mæla snúningstíma Venusar, þótt ekki hafi reynst unnt að greina nein kennileiti á yfirborðinu beint.

Sé örbylgjugeisli með ákveðna bylgjulengd sendur frá jörðinni til Venusar, dreifast þær bylgjur sem endurvarpast aftur til jarðar yfir stærra svið (verða misstórar) vegna Dopplerhrifa. Þannig styttast bylgjulengdir þeirra bylgna sem endurvarpast af þeirri hlið reikistjörnunnar sem nálgast okkur þegar reikistjarnan snýst um sjálfa sig (blávik), á meðan þær öldulengdir sem endurvarpast frá þeirri hlið reikistjörnunnar sem fjarlægist okkur lengjast (rauðvik). Stjörnufræðingar geta svo nýtt sér það hve mikið bylgjurnar hafa styst eða lengst til þess að reikna út hversu hratt reikistjarnan snýst og í hvaða átt. Stjörnufræðingar reiknuðu út snúningshraða Merkúríusar með sama hætti.

Ekki er enn vitað hvernig á þessum einkennilega snúningi stendur en líklegasta tilgátan gerir ráð fyrir að risastór reikisteinn hafi rekist á plánetuna í árdaga sólkerfisins, jafnvel oftar en einu sinni, svo að snúningsásinn hafi snúist við. Engar aðrar vísbendingar hafa fundist um að slíkur risaárekstur hafi átt sér stað.

Brautarherma jarðar og Venusar

Brautir jarðar og Venusar eru í nákvæmlega 5:8 brautarherma. Það þýðir að í hvert sinn sem jörðin lýkur fimm hringferðum um sólina, lýkur Venus átta hringferðum á sama tíma. Venus nær og tekur fram úr jörðinni á 584 daga fresti sem þýðir að Venus birtist sem morgunstjarna á 584 daga fresti. Fimm margfaldað með 584 gefur 2920, sem deilt með 8 gefur 365 eða umferðartíma jarðar um sólina. Á 52 ára fresti samstillast þessi tímabil og Venus birtist þá á sama stað á himninum á sama degi og hún gerði 52 árum fyrr. Þetta gerist vegna þess að Venus, sem snýst umhverfis sólu á 224 dögum, er í heildina 584 daga að ná jörðinni á ferðalagi sínu umhverfis sólina.

Stjörnufræðingar fyrri tíma uppgötvuðu þetta samand löngu áður en nokkur vissi eitthvað um sporbrautir. Til að mynda tengdu Mayar þetta 52 ára tímabil við breytingar, endurfæðingu og válega atburði í menningu sinni. Himnaguðin Quetzalcoatl var hliðstæða Venusar í trúarbrögðum Maya. Hann var sagður hafa horfið í austurátt þar sem hann fann nýtt samfélag en spádómar sögðu að hann myndi dag einn snúa aftur. Endurkoma Quetzalcoatl var bundin við hámark þessa 52 ára tímabils.

Trú Mayanna á þessa spá reyndist þeim afar dýrkeypt að lokum. Árið 1519 var einmitt svona ár en þá steig ljósleitur en annars óguðlegur landnemi, Hernán Cortéz að nafni, á land í Nýja heiminum. Montezuma leiðtogi Maya taldi að Cortéz væri Quetzalocatl endurborinn og veitti honum enga mótspyrnu þegar spænsku landnemarnir lögðu menningu þeirra í rúst. Rétt er að taka fram að þótt sagan sé áhugaverð efast margir sagnfræðingar um sannleiksgildi hennar.

Þvergöngur Venusar

Sjá nánar: Þverganga Venusar

Braut Venusar hallar örlítið miðað við braut jarðar. Af því leiðir að í hvert sinn sem hún er stödd milli jarðar og sólar, gengur hún venjulega ekki þvert fyrir sólina heldur fer yfir eða undir hana frá jörðu séð.

Þvergöngur Venusar eru sjaldgæfar vegna þess að reikistjarnan verður að vera í beinni línu milli sólar og jarðar. Braut Venusar hallar 3,4 gráður miðað við brautarflöt jarðar svo yfirleitt fer Venus undir eða yfir sólina frá jörðu séð.  Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Hermann Hafsteinsson

Þvergöngur Venusar verða á 105,5 eða 121,5 ára fresti, tvisvar í senn með átta ára millibili. Þá er Venus í innri samstöðu (inferior conjunction) við jörðina (milli jarðar og sólar) og sker brautarflöt jarðar. Brautarfletir jarðar og Venusar skerast á svonefndum hnútpunktum, tvisvar á ári í kringum 7. júní og 8. desember. Þverganga getur aðeins orðið þegar Venus og jörðin eru í beinni línu í kringum þessar dagsetningar.

Í gegnum tíðina hafa þvergöngur Venusar verið nýttar til að reikna út fjarlægðina til sólarinnar og þar af leiðandi reikna út stærð sólkerfisins.

Venus gekk seinast fyrir sólu þann 5-6. júní 2012 en þar áður 8. júní 2004 og sáust báðar þvergöngur frá Íslandi. Næsta þverganga á sér stað 10.-11. desember 2117. Sú verður ekki sýnileg frá Íslandi.

Vangaveltur um líf á Venusi

Venus er tvíburasystir jarðar þegar kemur að stærð. Þegar horft er í gegnum sjónauka á jörðinni er Venus því sem næst sviplaus að sjá. Fljótlega var stjörnufræðingum ljóst að þeir sáu ekki yfirborð plánetunnar vegna þess að þykkur lofthjúpur með miklum skýjabreiðum byrgði þeim sýn. Menn töldu að úr því að Venus var nær sólu, þá hlyti hitastigið að vera örlítið hærra, en alls ekki svo hátt að það kæmi í veg fyrir lífvænleika hennar. Sú staðreynd hafði það í för með sér að menn fóru að draga alls kyns furðulegar ályktanir um reikistjörnuna. Það var greinilega mikið um ský á Venusi og úr hverju eru ský ef ekki úr vatni? Þar sem meira var um ský á Venusi en á jörðinni hlaut Venus að vera á kafi í vatni. Og hvar er mikið vatn að finna? Jú, á fenjasvæðum. Og ef þar væru fen, hvers vegna væru þar ekki líka flugur, spendýr eða jafnvel risaeðlur. Árið 1686 minntist franski rithöfundurinn Bernard de Fontenelle (1657-1757) á lífið á Venusi í sendibréfi:

Ég get séð það héðan [...] hvernig íbúar Venusar líta út. Þeir líkjast Márunum frá Granada; lágvaxið svart fólk, sólbrunnið, fullt af vitsmunum og eldmóð, síástfangið sem hefur mætur á tónlist og skáldskap. Það skipuleggur hátíðir, dansleiki og keppnir á hverjum degi.

Sýn de Fontenelles var sennilega einna geggjuðust en það var líka hugmynd landa hans, rithöfundarins Jacques-Henri Bernardin de Saint-Pierre (1737-1814), sem birti teikningar í einni bók sinni þar sem hann líkti íbúum Venusar við „glaðlynda eyjaskeggja á Tahítí.”

Árið 1918 taldi sænski efnafræðingurinn og nóbelsverðlaunahafinn Svante Arrheníus að:

Allt á Venusi er rennandi blautt… Mjög stór hluti yfirborðsins … er án nokkurs efa þakinn fenjum, sambærilegum þeim sem eru hér á jörðinni, þar sem kolun getur átt sér stað. Hinar stöðugu og einsleitu loftslagsaðstæður, sem eru þar til staðar, valda algjörum skorti á aðlögun af völdum breytilegra utanaðkomandi aðstæðna. Þar af leiðandi eru aðeins frumstæð lífsform til staðar, flest sem tilheyra, án efa, plönturíkinu; og lífverurnar eru næstum alls staðar á reikistjörnunni af sömu tegund.

Á fjórða áratug tuttugustu aldar hófu stjörnufræðingar að leita eftir vatnsgufu í skýjum Venusar. Ekkert fannst og kom það flestum talsvert á óvart. Þess í stað sáust ummerki um talsvert magn koldíoxíðs og virtist það síðasti naglinn í kistu fenjatilgátunnar.

Vangaveltur manna héldu engu að síður áfram. Árið 1955 komu bandarísku stjörnufræðingarnir Fred Whipple og Donald Menzel fram með þá hugmynd að í lofthjúpi Venusar gætu leynst ískristallar sem ekki kæmu fram á litrófsmælingum. Fyrir þeim var Venus vatnaveröld; hnöttur þakinn kolsýrðu hafi. Eftir að þessi hugmynd kom fram var því stundum haldið fram að í hafi Venusar væru frumstæð sjávardýr.

Á þessum tíma var hugmyndum um líf á Venusi smám saman að deyja út en enn eimdi þó eftir af henni.  Árið 1960 sagði vísindablaðamaðurinn G. Edward Pendray að „Venus gæti reynst dásamlegur staður til að búa á … svona eins og Flórída.”

Lofthjúpur

Skýjamynstur Venusar í útfjólubláu ljósi. Mynd Galíleó geimfarsins sýnir U-laga mynstur í skýjum í efri hluta lofthjúpsins. NASA/JPL.

Venus er umlukin þykkum lofthjúpi sem er að mestu úr koldíoxíði (CO₂). Fljótlega eftir uppgötvun lofthjúpsins komust menn að því að engin smáatriði var að sjá í skýjunum svo hvorki reyndist unnt að mæla snúningstíma reikistjörnunnar né sjá hvað leyndist undir skýjahulunni. Það var ekki fyrr en með tilkomu útvarpssjónauka og litrófssjáa að skilningur manna á lofthjúpnum jókst smám saman.

Árið 1932 fundu stjörnufræðingar merki um koldíoxíð í lofthjúpnum en eins og flestir vita er koldíoxíð gróðurhúsalofttegund sem dregur í sig varma og veldur hlýnun. Lofthjúpurinn endurvarpar aftur á móti talsverðu magni sólarljóss, raunar svo miklu að af því hljótast talsverð kólunaráhrif. Menn töldu því sennilegt að yfirborðshitastigið á Venusi væri undir 100°C og sáu fyrir sér hlý höf og vötn og hugsanlega lífverur sem lifðu við regnskógaaðstæður.

Í kringum 1960 vissi enginn um raunverulegar aðstæður í lofthjúpi Venusar. Einn þeirra sem efaðist mjög um að Venus væri hlý paradís var stjörnufræðingurinn Carl Sagan. Eftir að hafa rannsakað útvarpsgeislun frá Venusi dró Sagan þá ályktun að hitastigið í lofthjúpnum væri allt að 500°C. Til gamans má geta þess að Sagan birti þessa tilgátu sína í bókinni Reikistjörnurnar sem hann skrifaði fyrir Time-Life bókaflokkinn og til er á mörgum íslenskum heimilum.

Þegar fyrstu könnunarför jarðarbúa flugu framhjá Venusi kom í ljós reikistjarna sem líktist frekar helvíti en því himnaríki sem margir áttu von á. Geimförin sýndu að yfirborðið var ekki rakt heldur skraufþurrt – að minnsta kosti hundrað sinnum þurrara en yfirborð jarðar. Hitastigið var í kringum 480°C – heitara en í bakaraofni, heitari en nokkur önnur reikistjarna og nógu hátt til þess að bræða blý. Lofthjúpurinn reyndist vera 96,5% úr koldíoxíði og aðeins 3,5% úr nitri. Loftþrýstingurinn var 90 sinnum meiri en við sjávarmál á jörðinni eða álíka mikill og á eins kílómetra dýpi í höfum jarðar. Við slíkar aðstæður líkist koldíoxíðið frekar vökva en gasi og maður á yfirborði Venusar gæti bókstaflega flogið líkt og fugl ef hann festi á sig vængi!

Skýin voru ekki úr vatnsdropum heldur brennisteinssýru sem rigndi á geimförin á leið inn í lofthjúpinn. Brennisteinssýruregnið kemst þó aldrei niður á yfirborðið sjálft, því vegna gífurlegs hita gufar sýran upp hátt í lofthjúpnum! Á yfirborðinu sjálfu er engu að síður brennisteinsfnykur.

Erfitt er að gera sér í hugarlund jafn óviðfelldinn stað í sólkerfinu og yfirborð Venusar. Engan skyldi undra ef óheppnum geimfara þar fyndist hann staddur í helvíti þær örfáu mínútur sem hann ætti eftir ólifaðar.

Óðagróðurhúsaáhrif

Þrátt fyrir að Venus sé nær sólu en jörðin, fær jörðin í raun meiri orku frá sólinni en Venus. Ástæðan er sú að lofthjúpur Venusar endurvarpar yfir 70% þess sólarljóss sem á hann fellur, samanborið við um 30% endurvarp jarðar. Því má segja að Venus sé miklu heitari en hún ætti í raun að vera sem gerir þetta háa hitastig enn merkilegra. Hefði Venus engan lofthjúp væri yfirborðshitinn í kringum 45°C en með álíka þykkum lofthjúpi og jörðin hefur væri eðlilegt hitastig sennilegast í kringum suðumark vatns (á jörðinni), um 100°C.

Eldvirkni á Venusi hefur mótað lofthjúp reikistjörnunnar í gegnum sögu sólkerfisins. Eldfjöll á jörðinni hafa gert slíkt hið sama en lofthjúpar þessara tveggja reikistjarna hafa aftur á móti þróast á gerólíkan hátt. Á jörðinni er mikið fljótandi vatn í höfunum en mjög lítið koldíoxíð í lofthjúpnum. Venus er algjör andstæða því lofthjúpurinn er skraufþurr og þykkur koldíoxíðshjúpur. Talið er að í fyrstu hafi lofthjúpar beggja reikistjarna verið keimlíkir og því vilja stjörnufræðingar gjarnan varpa ljósi á hvers vegna lofthjúpar þessara tvíburareikistjarna hlutu svona ólík örlög.

Hringrás efna á jörðinni og Venusi. Eldfjöll á bæði jörðinni og Venusi gefa frá sér vatnsgufu (H2O), koldíoxíð og brennisteinsdíoxíð (SO2). Mynd (a) sýnir hvernig hringrásin virkar á jörðinni þar sem koldíoxíðið leysist upp í hafinu og binst í setlög á hafsbotni. Þetta ferli heldur hlutfalli þessara efna í lágmarki í lofthjúpi jarðar. Mynd (b) sýnir á hvaða hátt hringrásin á Venusi er ólík. Þar er ekkert fljótandi vatn til staðar til að hemja gróðurhúsalofttegundirnar svo úr varð óðagróðurhúsaáhrif. Mynd: W.H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Þegar sólkerfið myndaðist innihéldu frumlofthjúpar Venusar og jarðar mestmegnis vetni og helíum auk annarra efna í snefilmagni. Sólvindar  blésu þessum léttu atómum burt og svo fór að frumlofthjúpurinn allur lak út í geiminn. Á sama tíma og þessi frumlofthjúpur var að hverfa komu fram nýjar gastegundir sem rekja má til eldgosa. Þessar eldfjallagastegundir mynduðu seinni lofthjúpa beggja reikistjarna. Atómin í þessum gastegundum höfðu bundist í steindir innan í reikistjörnunum en þegar steindirnar bráðnuðu tóku þau að streyma út úr eldfjöllunum við eldgos. Eldfjallagas er að langmestu leyti vatnsgufa auk koldíoxíðs, brennisteinsdíoxíðs og önnur efni eins og nitur og ammóníak. Samtímis rigndi halastjörnum yfir reikistjörnurnar og báru með sér stóran hluta þess vatns sem er á reikistjörnunum.

Vatn hefur að öllum líkindum verið veigamikill þáttur í lofthjúpi Venusar áður fyrr. Venus og jörðin eru álíka stórar, svo álíka fjöldi halastjarna ætti að hafa fallið á báðar reikistjörnur og eldfjöll á Venusi hafa líka gefið frá sér mikið magn vatnsgufu. Rannsóknir á þróun stjarna benda til að í upphafi hafi sólin verið talsvert daufari en hún er í dag svo hitastigið á Venusi í fortíðinni gæti hafa verið töluvert lægra. Vatnsgufa gæti því hafa þést í lofthjúpnum og fallið með úrkomu á yfirborðið þar sem hún myndaði höf og stöðuvötn, rétt eins og á jörðinni.

En ef vatnsgufa og koldíoxíð voru eitt sinn svona algeng í lofthjúpum jarðar og Venusar, hvað varð þá um koldíoxíð jarðar og hvað varð um allt vatnið á Venusi? Eins og fjallað er um í greininni um jörðina er koldíoxíðið mestu uppleyst í höfum jarðar og bundið í berg eins og kalkstein eða marmara.

Ef svara á seinni spurningunni um vatnsskortinn á Venusi verðum við að skoða sögu reikistjörnunnar. Eins og áður sagði kemur fljótandi vatn á jörðinni í veg fyrir að koldíoxíð safnist saman í lofthjúpnum. Koldíoxíð á jörðinni helst með öðrum orðum í lágmarki vegna fljótandi vatns. Sama hefði gerst í höfum Venusar en þegar vatnið gufar upp myndast vatnsgufuský. Vatnsgufa er gróðurhúsalofttegund og hefur haldið hitastigi lofthjúps Venusar nokkuð háu. Í fyrstu hafði þetta lítil áhrif á höf Venusar og jafnvel þótt lofthitinn hefði hækkað upp fyrir 100°C, hefði hærri loftþrýstingur haldið höfunum fljótandi (ef loftþrýstingur er hærri, er suðumark vatns hærra en 100°C og öfugt).

Mynd Hinode geimfarsins af Venusi fyrir framan sólina 5. júní 2012. Sjá má hvernig lofthjúpurinn lýsist upp vinstra megin af sólinni. Mynd: JAXA/NASA/Lockheed Martin

Þessar hlýju og röku aðstæður gætu hafa varað í nokkur hundruð milljónir ára en þegar orkuútgeislun sólar jókst með tímanum hækkaði hitastigið smám saman. Þegar hitastig lofthjúpsins var farið upp fyrir 374°C hófu höf Venusar smám saman að gufa upp, sama hver loftþrýstingurinn var. Viðbætta vatnsgufan í lofthjúpnum jók enn á gróðurhúsaáhrifin sem olli því að hitastigið varð enn hærra og uppgufunin örari, svo enn meiri vatnsgufa myndaðist og lofthjúpurinn þykknaði. Þetta ferli er skólabókardæmi um óðagróðurhúsaáhrif eða óðahlýnun (e. runaway greenhouse effect) þar sem hitastigsaukning veldur frekari hlýnun og svo framvegis.

Þegar höf Venusar hurfu var ekkert ferli til staðar sem batt koldíoxíðið úr lofthjúpnum. Án hafa til að binda koldíoxíðið tók það að safnast fyrir í lofthjúpnum sem jók enn frekar á gróðurhúsáhrifin. Hitastigið varð að lokum nógu hátt til þess að leysa upp koldíoxíðið sem var bundið í skorpunni og er þetta það koldíoxíð myndar lofthjúp Venusar í dag.

Hlýnunin jókst ekki út í hið óendanlega. Með tímanum hefur útfjólublátt ljós frá sólinni rekist á vatnssameindirnar og tvístrað þeim í súrefnis- og vetnisatóm. Þyngdartog Venusar er ekki nægilega sterkt til þess að halda í léttu vetnisatómin svo þau streymdu út í geiminn. Eftir sátu súrefnisatómin sem bast við önnur efni. Að lokum glataðist næstum öll vatnsgufan úr lofthjúpi Venusar en þegar það gerðist og koldíoxíðið var allt farið úr berginu, hægðist á óðahlýnuninni uns hún stöðvaðist. Í dag hafa þessi óðagróðurhúsaáhrifin jafnast út svo hitastigið helst nokkuð jafnt á yfirborðinu um 460°C.

Venus er okkur jarðarbúum þörf áminning um það hvað gæti gerst ef við förum ekki vel með lofthjúpinn okkar. Venus veitir okkur nefnilega dýrmæta þekkingu á mikilvægi vatns í loftslagsbreytingum. Við gætum hæglega breytt himnaríki í helvíti ef við breytum ekki hegðun okkar.

Fosfín

Mánudaginn 14. september 2022 tilkynntu stjörnufræðingar um uppgötvun á sjaldgæfri sameind – fosfíni – í skýjum Venusar. Á Jörðinni verður þessi gastegund aðeins til í efnaiðnaði eða frá örverum sem þrífast í súrefnissnauðu umhverfi. Stjörnufræðingar hafa um áratugaskeið velt fyrir sér hvort örverur gætu þrifist í skýjatoppum Venusar — svífandi hátt yfir brennheitu yfirborðinu. Ef sú er raunin þyrftu þær að þola mjög súrt umhverfi. Þessi uppgötvun á fosfíni gæti bent til þess að svif-örverur gætu þrifist utan Jarðar.

Teikning af fosfínsameindum í andrúmslofti Venusar. Mynd: ESO/M. Kornmesser/L. Calcada & NASA/JPL/Caltech

Útreikningar benda til þess að fosfínið í skýjum Venusar sé i litlu magni, aðeins 20 sameindir af hverjum milljarði sameinda. Þótt magnið sé lítið finnast engar líklegar skýringar á því að fosfínið eigi sér ólífrænan en náttúrulegan uppruna, hvort sem er af völdum sólarljóss, steinefna sem fjúka upp af yfirborðinu, eldfjalla eða eldinga. Útreikningar benda til þess að þessi ólífrænu ferli geti í mesta lagi myndað einn tíuþúsundasta af fosfíninu sem mælist.

Fosfínsameind er úr einu fosfóratómi og þremur vetnisatómum. Til að framleiða það í því magni sem það mælist í á Venusi þyrfti framleiðslugeta baktería sem gefa frá sér fosfín á Jörðinni aðeins að vera um 10%. Þessar bakteríur þrífast aðeins í súrefnissnauðu umhverfi, taka upp fosfat úr steinefnum og lífrænum efnum, hvarfa það við vetni og gefa þá frá sér fosfín. Á Venusi væru hugsanlegar örverur eflaust gerólíkar hliðstæðum sínum á Jörðinni. Þær gætu verið uppspretta fosfínsins í lofthjúpi Venusar.

Uppgötvun á fosfíni í skýjum Venusar kom vísindamönnum mjög á óvart og hefur hún raunar verið dregin í efa. Stjörnufræðingar taka því skýrt fram að mun meiri rannsókna sé þörf til að staðfesta að fosfínið megi rekja til lífs. Í háskýjaslæðum Venusar er hitastigið nokkuð notalegt, um 30°C, en vandinn er sá að þau eru um 90% brennisteinssýra. Örverur þyrftu því að þola mjög lágt sýrustig, þ.e. mjög súrt umhverfi.

Landslag

Yfirborð Venusar er mjög flatt en um 80% yfirborðsins eru þakin hraunum. Þrátt fyrir það er yfirborðið geysilega fjölbreytt.

Venus hefur engin höf og því ekkert sjávarmál til að mæla hæð yfirborðsins. Þess í stað styðjast stjörnufræðingar við meðalgeisla (meðalradíus) reikistjörnunnar til að ákvarða meðalupphækkun yfirborðsins. Öll kennileiti eru síðan mæld með tilliti til þessa stærðfræðilega yfirborðs. Þetta kallast meðaljarðlag (e. mean geoid) og er 6052 km á Venusi.

Gögn frá Pioneer Venus og Magellan geimförunum sýna að í grunninn má skipta yfirborði Venusar í þrennt: sléttur, láglendi og hálendi. Rétt rúmur helmingur af yfirborðinu er innan 500 metra af þessu meðaljarðlagi en aðeins 10% rís meira en tvo km upp úr meðaljarðlaginu. Munurinn á hæsta og lægsta punkti yfirborðsins er aðeins um þrettán km, en á jörðinni er munurinn tæplega 20 km (Everestfjall er 8,85 km en Challengergjáin í Kyrrhafi er 11 km djúp).

Landslagskort af Venusi. Ratsjárgögn frá hæðarmæli um borð í Magellan geimfarinu voru nýtt til þess að útbúa þetta landslagskort af yfirborði Venusar. Liturinn segir til um hæðina þar sem rautt er hæst en blátt lægst. Gráu svæðin eru þeir hlutar sem ekki voru kortlagðir af Magellan. Hraunsléttur þekja um 80% yfirborðsins en þess á milli eru fáein hálendissvæði sem standa upp sléttunni líkt og meginlönd jarðar standa upp úr hafinu. Mynd: Peter Ford, MIT; NASA/JPL.

Tvö áberandi hálendissvæði er að finna bæði norðan og sunnan miðbaugs. Á norðurhvelinu er Ishtar Terra hálendissvæðið (nefnt eftir babýlónísku ástargyðjunni) en það er á stærð við Ástralíu. Á því er meðal annars Lakshmihásléttan sem er umlukin hæsta fjallgarði Venusar, Maxwellfjöllnum, sem rísa um 11 km yfir meðalhæð yfirborðsins. Á suðurhvelinu er stærsta hálendissvæðið Afródíta Terra, um 16.000 km langt og 2000 km breitt eða álíka stórt og Suður-Ameríka. Á ratsjármyndum sést að svæðið er þakið gríðarmiklum misgengjum og sprungum.

Næstum öll kennileiti yfirborðsins eru nefnd eftir þekktum konum og gyðjum. Ástæðan er líklega sú að Venus er ein reikistjarna nefnd eftir gyðju. Þannig er t.d. eldfjallið Sif að finna á Venusi en hún var kona Þórs í norrænni goðafræði. Gulafjall er nefnt eftir lækningagyðju Súmera og Maatfjall eftir réttlætis- og sannleiksgyðju Egypta.

Meðal annarra nafna eru María Stúart (Skotadrottning) og Ísabella Spánardrotting (móðir Katrínar af Aragóníu sem var ein átta eiginkvenna Hinriks 8.). Einu undantekningarnar eru Maxwellfjöllin, sem nefnd eru eftir skoska eðlisfræðingnum James Clerk Maxwell, og hálendissvæðin Alfa og Beta. Þessi svæði hlutu sín heiti áður en nafnahefð Alþjóðasambands stjarnfræðinga að nefna kennileiti Venusar eftir konum gekk í gildi.

Jarðfræði

Geimför á braut um Venus hafa ekki greint nein merki um flekahreyfingar á yfirborði Venusar. Gígar eru tiltölulega fáir, að líkindum aðeins um þúsund talsins sem eru meira en nokkrir km í þvermál og dreifast þeir nokkuð jafnt um yfirborðið. Elstu landsvæði Venusar eru líklega um 800 milljón ára gömul en til samanburðar eru elstu landsvæði á jörðinni um 3 milljarða ára gömul. Talið er að mikil eldgos hafi átt sér stað fyrir um 400 milljón árum og að hraunflóð frá þeim hafi kaffært eldri gíga.

Nýjustu niðurstöður vísindamanna sem starfa við Venus Express leiðangurinn benda til þess að Venus sé enn eldvirkur hnöttur. Af gögnum Venus Express að dæma virðast hraun í kringum nokkur stór eldfjöll, heit, ung og óveðruð. Það þýðir að hraunin geta ekki verið eldri en 2,5 milljón ára og gætu jafnvel verið innan við 250.000 ára.

Yfirborð Venusar er fremur slétt eins og sést á þessari mynd sem sovéska geimfarið Venera 13 tók 3. mars 1982. Eins og sjá má er yfirborðið þakið mjög þunnu en sprungnu basalt helluhrauni, líkt og finnst t.d. hér á Íslandi og á Hawaiieyjum. Lofthjúpurinn dregur í sig bláa hluta sólarljóssins sem gefur myndinni appelsínugulan blæ. Rákirnar á litvísinu sem stendur út frá geimfarinu og virðast gular á myndinni eru í raun hvítar. Ljósi hálfhringurinn við geimfarið er hluti af linsuhlíf myndavélarinnar. Mynd: Brown University/Vernadsky Institute/O. de Goursac

Á Venusi eru nokkur stór eldfjöll. Stærsta eldfjallið er dyngjan Þeiafjall sem er 6.000 metra há og meira en 1.000 km í þvermál (með hraunflákunum frá fjallinu). Magellan fann einnig svonefndar kórónur sem virðast vera útbrot mikils og þykks hrauns sem fallið hefur ofan í einhvers konar dæld á yfirborðinu. Í eldfjallinu Maat Mons virðist efsta efnið ekki meira en 10 milljón ára og gæti verið yngra. Það bendir til að einhverja eldvirkni sé enn að finna á reikistjörnunni. Magellan fann einnig lengstu hrauntröð sólkerfisins á suðurhveli plánetunnar, Baltisdalur (Baltis Vallis). Hún er um 6.800 km löng en til samanburðar er Níl, lengsta fljót jarðar, um 6.600 km löng. Á Venusi er einnig að finna víðáttumiklar sléttur s.s. Atlantasléttuna, Guineveresléttuna og Laviniasléttuna.

Eldvirkni á Venusi bendir til þess að reikistjarnan sé bráðin að innan. Á hinn bóginn höfum við engin gögn frá skjálftamælum til að styðja þessa tilgátu því ekkert Venera geimfaranna innihélt skjálftamæla. Engu að síður er talið að innviðir Venusar svipi nokkuð jarðarinnar. Þannig er álitið að innst í Venusi sé járnkjarni með um 3.000 km radíus og þar fyrir utan bráðinn bergmöttull sem nái langleiðina að yfirborðinu. Yst er skorpa og benda rannsóknir til að hún sé mun þykkari en jarðskorpan. Einnig skortir hana sveigjanleikann sem jarðskorpan hefur. Gæti skýringarinnar verið að leita í lágu hlutfalli vatns í skorpu Venusar.

Venus hefur ekkert segulsvið, hugsanlega vegna hægs möndulsnúnings. Talið er að segulsvið jarðar spanist upp vegna snúnings gegnheils innri járnkjarna innan í bráðnum ytri kjarna en þetta samspil er væntanlega ekki í Venusi. Ekki er hægt að fullyrða að Venus hafi ekki haft segulsvið skömmu eftir að hún myndaðist.

Jarðfræðileg ferli á jörðinni og Venusi. (a) Á jörðinni eru flekahreyfingar virkar, en (b) á Venusi eru engin merki um flekahreyfingar.

Rannsóknir á Venusi

Venus um hábjartan dag! Þessa stórglæsilegu mynd tók þýski stjörnuáhugamaðurinn og ljósmyndarinn Stefan Seip þann 18. ágúst 2007, þegar reikistjarnan var sýnileg um hábjartan dag (sýndarbirtustig -4). Mynd: © Stefan Seip - astromeeting.de

Venus er jafnan áberandi á himninum og hefur því þekkst frá alda öðli. Elstu skráðu heimildirnar um Venus eru frá Babýlóníu um 1600 árum fyrir okkar tímatal þar sem staðsetning reikistjörnunnar á himninum um tuttugu og eins árs skeið er nákvæmlega skrásett. Mörg menningarsamfélög töldu að um tvö fyrirbæri væri að ræða þegar Venus birtist sem morgunstjarna eða kvöldstjarna. Venjulega er talið að gríski stærðfræðingurinn Pýþagóras frá Samos hafi fyrstur manna áttað sig á að þarna væri ein og sama reikistjarnan á ferð. Pýþagóras taldi engu að síður að Venus snerist um jörðina líkt og viðtekna heimsmynd þess tíma sagði til um.

Fátt markvert gerðist í rannsóknum á Venusi þar til sjónaukinn kom til sögunnar á 17. öld. Þar sem Venus er milli sólar og jarðar sjást kvartilaskipti á Venusi, svipað og kvartilaskipti tunglsins. Galíleó Galílei sá fyrstur manna kvartilaskipti Venusar í desember 1610. Galíleó tók líka eftir því að sýndarstærð Venusar jókst samfara kvartilaskiptunum: Þegar aðeins fjórðungur Venusar er upplýstur, er sýndarstærðin mest. Athuganir Galíleós renndu stoðum undir sólmiðjukenningu Kópernikusar en þetta var sterkasta sönnun þess efnis að Venus snerist um sólina en ekki jörðina. Venus og Merkúríus sjást ekki frá jörðinni þegar þær eru að fullu upplýstar, þar sem þær eru á þeim tíma í ytri samstöðu (superior conjunction), hinumegin við sól og rísa og setjast með sólinni.

Þegar Rússinn Mikhail Lomonosov fylgdist með þvergöngu Venusar árið 1761 frá Pétursborg í Rússlandi, sá hann greinileg dropaáhrif þegar reikistjarnan byrjaði að ganga inn fyrir skífu sólarinnar. Lomonosov taldi þetta merki um að Venus hefði „lofthjúp sem væri jafn mikill ef ekki meiri en sá sem umlykur jarðkringluna okkar”. Í kjölfarið reyndu athugendur að greina mynstur í skýjaþykninu í þeirri von að læra eitthvað um snúningstímann og hugsanlega koma auga á yfirborðið með því að gægjast í gegnum gat á skýjunum. Allar slíkar athuganir reyndust árangurslausar því þótt auðvelt væri að sjá skýin, sáu menn ekkert annað en einsleit skýin. Þegar auðugur þýskur stjörnuáhugamaður, Johann Schröter að nafni, sagðist hafa séð hvernig sólarljós lýsti upp fjallstind sem stæði upp úr skýjunum, fékk enski stjörnuáhugamaðurinn William Herschel veður af athugunum hans og kannaði hana gaumgæfilega. Svellkaldur lýsti Herschel því yfir að reikistjarnan væri einkennalaus.

Flestir stjörnufræðingar og stjörnuáhugamenn sáu ekkert þegar þeir litu á Venus í gegnum sjónauka. Áhugaverð undantekning var franski stjörnuáhugamaðurinn Charles Boyers. Boyer var lögfræðingur sem starfaði fyrir franska ríkið í Brassaville, höfuðborg Kongó, stuttu fyrir 1960. Þar voru aðstæður hinar ákjósanlegustu til stjörnuathugana að mati Boyers svo hann smíðaði tíu tommu spegilsjónauka og sendi vini sínum, Henri Camichel stjörnufræðingi við Pic du Midi stjörnustöðina í Pýreneafjöllunum í Frakklandi, bréf þar sem hann spurðist fyrir um spennandi rannsóknarefni. Camichel hvatti Boyer til þess að ljósmynda Venus í útfjólubláu ljósi því stjörnufræðingar höfðu komist að því að þá sáust dökkleit mynstur í lofthjúpi Venusar, en þóttu of dauf og einkennileg til þess að gefa snúningstímann. Myndir Boyers voru afar óskýrar en Camichel taldi myndirnar sýna greinilegar vísbendingar um fjögurra daga snúningstíma og birtu þeir saman greinar um það.

Á sama tíma kannaði annar stjörnuáhugamaður, Rodger Gordon að nafni, Venus í gegnum útfjólubláa síu. Gordon var ekki kunnugt um niðurstöður Camichels og Boyers og taldi einnig að snúningstími Venusar væri fjórir dagar. Gordon birti grein um rannsóknir sínar í fréttabréfi stjörnuskoðunarfélags sem hann tilheyrði í nóvember 1962. „Ég hef ekki mikla trú á niðurstöðum mínum,” viðurkenndi hann hógvær. „Það kæmi mér því ekki á óvart ef ég væri töluvert frá réttu gildi.”

Hvað raunverulegan snúningstíma Venusar snertir, voru þeir Camichel, Boyer og Gordon talsvert frá réttri niðurstöðu. Ratstjárrannsóknir bandarískra og rússneskra stjörnufræðinga árið 1962 sýndu að snúningstími Venusar var 243 dagar. „Mig langaði mest til að hverfa ofan í jörðina,” sagði Gordon. Boyer og Camichel stóðu fast við niðurstöður sínar og sendu grein um fjögurra daga snúningstíma lofthjúpsins til birtingar í Icarus sem er ritrýnt fræðirit um reikistjörnufræði. Birtingu greinarinnar var hafnað eftir að Carl Sagan, sem þá var ungur stjörnufræðingur við Harvardháskóla, hafði ritrýnt greinina. Sagan hafnaði greininni og sagði að „fjögurra daga snúningur er fræðilega ómögulegur og sýnir hversu vitlaus vinna óvanra áhugamanna getur verið.” Stjörnuáhugamennirnir létu ekki deigan síga og héldu rannsóknum sínum áfram og komust alltaf að sömu niðurstöðu.

Málið var loks til lykta leitt í febrúar 1974 þegar Mariner 10 geimfarið ljósmyndaði reikistjörnuna í útfjólubláu ljósi. Myndir Mariners sýndu að stjörnuáhugamennirnir höfðu á réttu að standa eftir allt saman. Vandamálið var einungis það að snúningur lofthjúpsins var ekki í samræmi við snúningstíma reikistjönunnar sjálfrar.

Könnun gervitungla

Frá upphafi geimaldar hefur fjöldi geimkanna heimsótt Venus, flest frá Sovétríkjunum sálugu. Skotgluggi opnast milli jarðar og Venusar á tæplega 19 mánaða fresti en það þýðir að staða reikistjarnanna tveggja í sólkerfinu er hagstæð til geimskots. Árin 1962 til 1985 var að meðaltali eitt geimfar sent til Venusar í hvert sinn sem skotgluggi opnaðist. Tíu sovésk geimför hafa lent á yfirborðinu en entust aðeins í fáeinar mínútur. Þrátt fyrir ákafann áhuga og nokkuð ítarlegar rannsóknir manna á Venusi er hún engu að síður enn meðal torskildustu reikistjarna sólkerfisins.

Framhjáflug og brautarför

Könnun Venusar hófst formlega þann 12. febrúar 1961 þegar Sovétmenn skutu Venera 1 geimfarinu til reikistjörnunnar. Venera 1 var fyrsta geimfarið sem ætlað var að heimsækja aðra reikistjörnu og brotlenda á henni en eftir aðeins vikuferðalag rofnaði sambandið geimfarið, sem þá var statt í tveggja milljón km fjarlægð frá jörðu. Talið er að geimfarið hafi flogið í innan við 100.000 km fjarlægð frá Venusi um miðjan maímánuð þetta sama ár.

Mariner 2 flaug fyrst geimfara framhjá annari reikistjörnu árið 1962.

Árið 1962 sendu Bandaríkjamenn Mariner 2 gervitunglið til Venusar og var það fyrsta geimfarið til að heimsækja aðra reikistjörnu. Mariner 2 flaug framhjá Venusi í aðeins 34.833 km fjarlægð og sýndu geislamælar geimfarsins að hitastigið á yfirborðinu var yfir 400°C. Mariner 2 batt þar með skjótt enda á allar vangaveltur bjartsýnustu manna að Venus væri lífvænlega reikistjarna.

Þann 1. mars 1966 varð Venera 3 geimfarið fyrsti manngerði hluturinn til að falla í gegnum lofthjúp annarar reikistjörnu og brotlenda á yfirborði hennar. Geimfarið sendi engin gögn til jarðar þar sem samskiptakerfi þess bilaði skömmu fyrir komuna til Venusar. Næst heimsótti Venera 4 Venus þann 18. október 1967. Geimfarið féll í gegnum lofthjúpinn og tókst að senda gögn til jarðar sem sýndu að hitastigið var í kringum 480°C. Lofthjúpurinn reyndist að mestu úr koldíoxíði eins og menn hafði grunað en mun þéttari en stjörnufræðingar gerðu ráð fyrir. Venera 4 féll því mun hægar í gegnum lofthjúpinn en búist hafði verið við svo rafhlöður geimfarsins tæmdust áður en geimfarið snerti yfirborðið, þá í um 25 km hæð.

Degi síðar eða þann 19. október 1967 flaug Mariner 5 framhjá Venusi í aðeins 4000 km fjarlægð yfir skýjatoppi Venusar. Mariner 5 hafði upphaflega verið hugsað sem varafar Mariners 4 sem fór til Mars, en þegar sá leiðangur reyndist árangursríkur var Mariner 5 stefnt til Venusar í staðinn. Um borð í Mariner 5 voru mun fullkomnari mælitæki en í Mariner 4 svo mun ítarlegri og nákvæmari upplýsingar fengust um lofthjúpinn. Hópur sovéskra og bandarískra stjörnufræðinga unnu saman að greiningu gagna frá Venera 4 og Mariner 5. Var þetta eitt fyrsta dæmið um góða samvinnu þessara stórvelda þegar Kaldastríðsdeilan stóð sem hæst.

Óhætt er að segja að verkfræðingar og stjörnufræðingar lærðu mikið af ferðalagi Venera 4. Með þessa dýrmætu reynslu í huga sendu Sovétmenn Venera 5 og Venera 6 á loft í janúar 1969 með fimm daga millibili. Geimförin komust á leiðarenda 16. og 17. maí sama ár og var þá búið að styrkja þau sérstaklega svo þau þyldu þrýstinginn í lofthjúpnum. Einnig var búið að smækka fallhlífina svo geimförin féllu hraðar í gegnum lofthjúpinn. Geimförin komust heilu og höldnu inn í lofthjúpinn og sendu gögn til jarðar í rétt yfir fimmtán mínútur hvort en eyðilögðust bæði um 20 km yfir yfirborðinu. Brotlentu þau svo á næturhlið reikistjörnunnar.

Lendingarför

Sovéskt Venera lendingarfar

Þann 15. desember 1970 lenti Venera 7 fyrst geimfara heilu og höldnu á Venusi og annarri reikistjörnu. Lendingin gekk ekki þrautalaust fyrir sig að venju því talið er að fallhlíf geimfarsins hafi rifnað á leiðinni inn til lendingar svo hún varð harðari en menn áttu von á en heppnaðist engu að síður. Geimfarið er talið hafa lent í hlíð og sendi upplýsingar til jarðar um hitastigið og þrýstinginn í um 23 mínútur. Tveimur árum síðar lenti Venera 8 á yfirborðinu en entist aðeins í fimmtíu mínútur.

Þann 22. október 1975 varð Venera 9 fyrsta geimfarið til að komast á braut umhverfis Venus. Um borð í geimfarinu voru myndavélar og litrófsmælar sem sendu mikið magn upplýsinga um reikistjörnuna í heild til jarðar. Með í för var lendingarfar sem lenti heilu og höldnu á yfirboðrinu og sendi fyrstu myndirnar af því til jarðar. Myndirnar sýndu að geimfarið hafði lent í hlíð og hallaði um 20 gráður. Allt í kring voru 30 til 40 cm hnullungar á víð og dreif. Þremur dögum síðar lenti Venera 10 einnig á Venusi og framkvæmdi svipaðar rannsóknir. Lendingarstaður þess geimfars sýndi sennilega nokkuð veðrað basalt.

Þann 5. febrúar 1974 flaug Mariner 10 framhjá Venusi á leið sinni til Merkúríusar. Mariner 10 tók meira en 4000 ljósmyndir af reikistjörnunni sem sýndu frekar sviplausan lofthjúp. Í útfjólubláu ljósi sáust hins vegar smáastriði í skýjunum sem aldrei höfðu sést áður.

Árið 1978 sendi NASA tvö Pioneer geimför, brautarfar og þrjá lofthjúpskanna, til Venusar. Geimförin komust á leiðarenda þann 9. desember 1978 og féllu lofthjúpskannarnir inn í lofthjúp Venusar. Brautarfarið sveimaði um Venus í þrettán ár og sendi til jarðar gögn um efnasamsetningu lofthjúpsins, vinda og varmadrefingu.

Sovétmenn héldu Venera verkefninu áfram næstu árin. Dagana 1. og 5. mars 1982 lentu Venera 13 og 14 á yfirborðinu og tóku fyrstu litmyndirnar. Bæði geimförin féllu í gegnum lofthjúpinn með aðstoð fallhlífar sem var viljandi losuð í 50 km hæð yfir yfirborðinu. Þéttleiki lofthjúpsins hægði nægilega á ferðalagi geimfaranna það sem eftir var og lentu bæði heilu og höldnu. Geimförin voru útbúin snertiarmi til þess að efnagreina yfirborðið en Venera 14 lenti í því að armurinn lenti á linsuhlífinni sem kastaðist af myndavélinni við lendinguna, svo ekki reyndist unnt að greina bergið á yfirborðinu.

Venera verkefninu lauk í október 1983 þegar Venera 15 og 16 komust á braut um reikistjörnuna og kortlögðu yfirborðið með hjálp ratsjár. Í fyrsta sinn fengust nákvæmar upplýsingar af jarðfræði Venusar og meðal þess sem uppgötvaðist voru óvenju stór eldfjöll. Á Venusi voru engin merki um flekahreyfingar þrátt fyrir greinileg merki um eldvirkni.

Japanska geimfarið Akatsuki á leið til Venusar. Mynd: JAXA

Sovétmenn höfðu ekki sungið sitt síðasta við könnun Venusar því árið 1985 nýttu þeir tækifærið og sendu geimförin Vega 1 og Vega 2 til Venusar og halastjörnu Halleys. Með í för voru tveir lofthjúpskannar sem innihéldu loftbelg. Loftbelgirnir sveimuðu um reikistjörnuna í 53 km hæð þar sem bæði þrýstingur og hitastig er sambærilegt og í lofthjúpi jarðar. Loftbelgirnir entust í um 46 klukkustundir og uppgötvuðu að lofthjúpurinn var mun vindasamari en menn bjuggust við.

Árið 2010 sendi japanska geimferðastofnunin JAXA Akatsuki geimfarið, sem einnig er þekkt sem Venus Climate Orbiter. Farið átti að rannsaka lofthjúp Venusar og leita eftir ummerkjum um eldvirkni á yfirborðinu en við komuna til Venusar, mistókst að koma geimfarinu á braut um reikistjörnuna og þaut það framhjá. Japanir hyggjast prófa aftur þegar geimfarið snýr aftur til Venusar árið 2015.

Magellan geimfarið

Þann 4. maí 1989 sendi NASA á loft Magellan geimfarið en sá leiðangur hefur kennt okkur hvað mest um jarðfræði reikistjörnunnar. Meginmarkmið Magellan var að kortleggja reikistjörnuna með ratsjá mun nákvæmar nokkru sinni áður. Þegar upp var staðið hafði Magellan kortlaggt 98% af reikistjörnunni en einnig 95% af þyngdarsviði hennar. Kort Magellans sýndu að yfirborðið var ungt og víða stór og forvitnileg eldfjöll sem frá lágu víðáttumiklir hraunstraumar. Árið 1994 var geimfarinu viljandi stefnt inn í lofthjúpinn.

Venus Express

Venus Express er fyrsti leiðangur evrópsku geimstofnunarinnar til Venusar. Geimfarið komst á braut um reikistjörnuna þann 11. apríl 2006 og hefur síðan aflað upplýsinga um veðrakerfið og yfirborðið.

Komandi leiðangrar

Engir leiðangrar eru fyrirhugaðir til Venusar í nánustu framtíð. Ýmis verkefni hafa þó verið á teikniborðinu, til dæmis lendingarfarið Venus In-Situ Explorer. Um borð í því geimfari átti að vera bor sem hefði átt að rannsaka óveðruð berglög. Einnig hafa komið upp hugmyndir um að senda jeppa, loftbelgi og jafnvel flugvél til Venusar. Venus Mobile Explorer (VME) er annar leiðangur á teikniborðinu en honum yrði hrundið af stað í fyrsta lagi árið 2023.

Fylgitungl

Venus hefur ekkert fylgitungl en ekki er mjög langt síðan menn töldu að svo gæti verið. Árið 1672 tók ítalski stjörnufræðingurinn Giovanni Domenico Cassini eftir litlu daufu fyrirbæri nærri Venusi. Cassini velti fyrir sér hvort Venus hefði hugsanlega fylgitungl en ákvað að tilkynna ekki um athugun sína. Fjórtán árum síðar eða árið 1686 kom Cassini aftur auga á fyrirbærið og færði til bókar. Cassini taldi fyrirbærið fjórðungi minna en Venus og ganga í gegnum kvartilaskipti líkt og reikistjarnan sjálf. Síðar sáu þrír aðrir stjörnufræðingar samskonar fyrirbæri við Venus árin 1740, 1759 og 1761. Árið 1761 töldu fimm mismunandi athugendur sig sjá fyrirbærið í heild átján sinnum. Einn athugandi taldi sig sjá dökkan blett sem fylgdi Venusi þegar reikistjarnan gekk fyrir sólina þann 9. júní 1761 en aðrir gátu ekki staðfest það. Árið 1764 töldu tveir aðrir athugendur sig sjá fylgitunglið átta sinnum en aðrir sem reyndu að koma auga á það sáu ekkert.

Stjörnufræðiheimurinn stóð frammi fyrir einkennilegri stöðu. Nokkrir athugendur töldu sig sjá fylgitungl á meðan margir aðrir sáu ekkert þrátt fyrir ítrekaðar tilraunir. Árið 1766 birti stjórnandi stjörnustöðvarinnar í Vínarborg, séra Hell (jább!), grein þar sem hann lýsti því yfir að allar athuganir á fylgitunglinu mætti rekja til skynvillu. Myndin af Venusi væri svo björt að hún endurvarpaðist úr auga athugandans og aftur í sjónaukann þar sem smærri aukamynd birtist. Ekki voru allir á eitt sáttir um þessa skýringu séra Hell, þeirra á meðal Þjóðverinn Johann Heinrich Lambert sem birti brautartölur um tunglið í ársritinu Berliner Astronomischer Jahrbuch. Lambert taldi tunglið í tæplega 400.000 km fjarlægð frá reikistjörnunni og hefði ellefu daga og þriggja stunda umferðartíma. Stjörnufræðingar bundu vonir við að tunglið sæist þegar Venus gekk fyrir sólu þann 3. júní 1769 en allt kom fyrir ekki. Ekkert tungl sást. Augljóst er að Lambert gerði mistök þegar hann reiknaði út fjarlægð og umferðartíma tunglsins. Tunglið væri of langt frá Venusi til þess að umferðartíminn gæti verið aðeins ellefu dagar. Til samanburðar sveimar tunglið okkar um jörðina í svipaðri fjarlægð á tuttugu og níu dögum.

Árið 1884 kom M. Hozeau, fyrrum stjórnandi Konunglegu stjörnustöðvarinnar í Brussel, með aðra tilgátu. Hozeau kannaði þær athuganir sem lágu fyrir og taldi að tungl Venusar væri í raun reikistjarna sem hringsólaði um sólin á 283 dögum. Á 1080 daga fresti væri þessi óþekkta reikistjarna í samstöðu við Venus og þá sæist hún. Hozeau nefndi þessa reikistjörnu Naith eftir egypskri gyðju.

Þremur árum síðar birtist löng greinargerð belgísku vísindaakademíunnar þar sem allar athuganirnar voru útskýrðar ítarlega. Rannsóknir Belganna sýndu ótvírætt að fyrirbærin voru allt saman fastastjörnur í bakgrunni í sömu sjónlínu og Venus á þeim tíam sem athuganirnar voru gerðar. Þessar stjörnur reyndust til dæmis χ (kí) Orionis, M Tauri, 71 Orionis, ν (ny) Geminorum og θ (þeta) Librae svo nokkrar séu nefndar.

Eftir birtingu þessarar greinar töldu flestir málið leyst. Venus hafði ekki tungl. Engu að síður birtist ein athugun í kjölfarið af manni sem hafði áður reynt að leyta eftir fylgitungli Venusar. Þann 13. ágúst 1892 tók Edward Emerson Barnard eftir fyrirbæri af sjöunda birtustigi nærri Venusi. Engin stjarna var á staðnum sem Barnard skýrði frá en hann var sérstaklega fær athugandi. Ekki er enn vitað hvað það var sem Barnard sá en líkum hefur verið leitt að því að þarna hafi verið um smástirni að ræða.

Að skoða Venus

Braut Venusar. Venus snýst um sólu á því sem næst hringlaga braut á 224,7 dögum. Við austustu álengd er Venus áberandi kvöldstjarna en við vestustu álengd er Venus skær morgunstjarna.

Venus er alltaf bjartari en björtustu stjörnur himinsins þegar hún sést á himninum. Sýndarbirtustig hennar er milli -3,8 upp í -4,6 sem þýðir að einungis sólin og tunglið geta verið bjartari. Raunar er Venus svo björt hægt er að koma auga á hana um miðjan dag, ef þú veist hvert á að horfa.

Venus er hægt að sjá nokkuð langt frá sólinni, um 47 gráður frá henni við mestu álengd, ólíkt Merkúríusi sem fer sjaldan langt frá glýju sólar. Venus er enda næstum tvöfalt lengra frá sólinni en Merkúríus. Við austustu álengd er Venus kvöldstjarna og sést þá hátt yfir sjóndeildarhringnum í vestri eftir sólsetur. Við vestustu álengd er Venus morgunstjarna og sést þá hátt yfir sjóndeildarhringnum í austri þar sem hún boðar sólarupprás.

Þegar Venus er hvað björtust er hún 16 sinnum bjartari en bjartasta fastastjarnan og aðeins sólin og tunglið eru bjartari. Fyrir því eru fjórar ástæður: Í fyrsta lagi er Venus fremur stór reikistjarna, álíka stór og jörðin. Í öðru lagi er Venus nálægt sólinni og í þriðja lagi nálægt jörðinni. Það þýðir að sýndarstærð hennar á himninum er frá 9,7 til 66 bogasekúndur þegar mest er. Í fjórða lagi endurvarpar Venus meira en 60% sólarljóssins sem á hana fellur. Þar sem Venus er nær sólu en jörðin sjást kvartilaskipti á henni líkt og á tunglinu. Venus er þannig „ný“ þegar hún er milli jarðar og sólar og full þegar hún er hinum megin við sólina frá jörðinni. Við austustu og vestustu álengd er hún upplýst að hálfu leyti. Venus er björtust þegar hún er að fjórðungi upplýst, enda þá miklu nær jörðu en þegar hún er hálf eða full. Það gerist venjulega rúmum mánuði áður en (þá á kvöldhimninum) eða eftir (þá á morgunhimninum) að reikistjarnan er við innri samstöðu. Mesta álengd hennar er venjulega tæplega 70 dögum fyrir og eftir innri samstöðu, en á þeim tíma er hún að hálfu leyti upplýst. Þess á milli er Venus sjáanleg að degi til.

Stundum er hægt að sjá Venus bæði á morgnana og á kvöldin á sama degi. Þetta gerist þegar Venus er lengst frá sólbaugnum og við innri samstöðu. Þá sér athugandi á norður- eða suðurhveli Venus bæði kvölds og morgna. Venus getur líka verið pólhverf frá Íslandi séð, þ.e. á lofti allan daginn.

Venus hefur oft verið talin fljúgandi furðuhlutur vegna þess hve björt og áberandi hún er. Fræg er sagan af Jimmy Carter fyrrverandi forseta Bandaríkjanna er hann taldi sig hafa séð fljúgandi furðuhlut á sveimi í janúar 1969. Þegar menn fóru að leita náttúrulegri skýringa kom í ljós að Carter hafði ásamt mörgum öðrum séð reikistjörnuna Venus, bjarta og ægifagra á vesturhimninum.

Þótt Venus sé björt og fögur að sjá með berum augum er hún næstum algjörlega einkennalaus í gegnum stjörnusjónauka. Með góðum handsjónauka og litlum stjörnusjónauka er hægt að sjá kvartilaskipti Venusar og fátt annað. Stjörnufræðingar áttuðu sig snemma á því að þeir sáu ekki niður á yfirborð reikistjörnunnar vegna þess að Venus var hulin þykkum lofthjúpi.

Smáatriði í lofthjúpnum sjást nánast eingöngu með stórum stjörnusjónauka og síu sem hleypir útfjólubláu ljósi í gegnum sig, en slíkar síur eru næstum eingöngu notaðar í myndatökur.

Venus á einni mínútu

Tengt efni

• Þverganga Venusar

• Þverganga Venusar 8. júní 2004

• Þverganga Venusar 5.-6. júní 2012

• Venus Express

Heimildir

1. Freedman, Roger og Kaufmann, William. 2004. Universe, 7th Edition. W. H. Freeman, New York.
2. Beatty, J. Kelly; Petersen, Carolyn Collins og Chaikin, Andrew (ritstj.). 1998. The New Solar System. Cambridge University Press, Massachusetts.
3. McFadden, Lucy-Ann; Johnson, Torrence og Weissman, Paul (ritstj.). 2006. Encyclopedia of the Solar System. Academic Press, California.

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2012). Venus. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornufraedi.is/venus (sótt: DAGSETNING).