Венера в настоящее время не обладает естественным спутником, однако её вращение вокруг своей оси происходит в направлении, противоположном движению по орбите вокруг Солнца, занимая приблизительно 243 земных суток. Согласно новым исследованиям, крупный спутник мог образоваться в результате масштабного столкновения и просуществовать миллиарды лет, но только при соблюдении определенных начальных параметров. Его дальнейшая судьба определялась скоростью вращения Венеры, массой спутника, расстоянием до планеты и формой его орбиты.

В ходе моделирования ученые изучили совместную эволюцию вращения Венеры и орбиты гипотетического спутника. В качестве параметров исследования рассматривались начальные периоды вращения планеты в диапазоне от 5 до 100 часов, масса спутника – от 0,01 до 10 масс Луны, а расстояние от центра Венеры – от 3,5 до 25 радиусов. Расчёты были выполнены с использованием двух моделей приливного взаимодействия: постоянного коэффициента качества Q и постоянной задержки прилива.

Важную роль играет синхронная орбита. Если спутник находится на расстоянии, превышающем границу этой орбиты, он начинает удаляться от Венеры, передавая планете часть своего углового импульса и одновременно замедляя её вращение. В результате синхронная орбита расширяется. При приближении к синхронной орбите направление миграции меняется, и спутник начинает сближаться с планетой.

Для начальной орбиты, расположенной на расстоянии 5 радиусов Венеры, критический период вращения составляет приблизительно 16,1 часа. В случае более медленного вращения спутник сразу оказывается внутри синхронной орбиты и стремительно движется к пределу Роша. В ходе расчетов такие спутники оказывались разрушенными менее чем за один миллион лет, вне зависимости от их массы.

При увеличении скорости вращения Венеры условия для наличия спутника существенно трансформируются. Обладает ли Венера естественным спутником, сравнимым по массе с Луной, при начальном периоде вращения планеты в 12 часов или менее, он может оставаться на орбите до 4,5 миллиардов лет. Если же период составляет всего 8 часов, то сначала спутник будет удаляться от планеты примерно до расстояния, равного 25 радиусам Венеры, после чего начнёт постепенно сближаться, однако не успеет пересечь предел Роша за время существования Солнечной системы.

Тем не менее, значительная масса спутника увеличивает вероятность его последующего распада. Более массивное тело оказывает более сильное влияние на замедление вращения Венеры, что приводит к ускорению расширения синхронной орбиты и возможному её «догоняющему» движению по отношению к спутнику. Согласно модели с постоянным коэффициентом Q, спутник, масса которого вдвое превышает массу Луны, при начальном периоде вращения 8 часов разрушается примерно через 1,7 миллиарда лет, а при 12 часах – всего за 33 миллиона лет. Для спутника с массой, равной пяти лунным массам, процесс разрушения занимает около 100 миллионов лет или меньше.

На судьбу маломассивных спутников влияет другой фактор. При начальном периоде вращения Венеры менее примерно 10 часов приливные взаимодействия могут вызывать увеличение эксцентриситета орбиты. Для спутника с небольшой массой этот процесс может привести к его покиданию системы, даже если первоначальный эксцентриситет составляет всего 0,01. Более массивные спутники быстрее замедляют вращение Венеры и стабилизируют систему, предотвращая дальнейший рост эксцентриситета.

Различные модели, описывающие приливную эволюцию, приводят к противоречивым выводам относительно судьбы массивных спутников. Модель с постоянным коэффициентом Q предполагает их разрушение после прохождения через границу Роша, в то время как модель постоянной задержки прилива допускает переход в состояние квазисинхронного вращения. В качестве примера: для спутника, масса которого соответствует двум Лунам, а период обращения – 8 часов, первая модель прогнозирует разрушение через 1,7 миллиарда лет, тогда как вторая предполагает его сохранение на протяжении всего периода существования Солнечной системы.

Полученные данные подтверждают предположение о том, что отсутствие спутника у Венеры могло быть закономерным следствием её ранней эволюции. Если в результате гигантского столкновения планета приобрела высокую скорость вращения и образовался диск вещества за пределами синхронной орбиты, то спутник мог сформироваться. Однако при более медленном вращении Венеры он был бы обречён на быстрое разрушение. В некоторых сценариях диск после столкновения находился бы внутри синхронной орбиты и повторно упал бы на планету, не образовав долгоживущего спутника.

Предполагается, что спутник мог оказывать влияние на условия ранней обитаемости Венеры, стабилизируя ее оси вращения и вызывая значительные приливы в потенциальном древнем океане. Его разрушение вблизи предела Роша сопровождалось бы высвобождением энергии и выбросом большого количества силикатного вещества на поверхность планеты и в её атмосферу.

При проведении расчетов не были учтены атмосферные приливные эффекты, возникающие на Венере вследствие солнечного нагрева. Эти эффекты способны дополнительно замедлять вращение планеты и, вероятно, сокращать продолжительность жизни спутника. Таким образом, реальные условия для его сохранения могли быть еще более жесткими.

ИсследованиеПредставленные данные указывают на то, что отсутствие спутника у современной Венеры не обязательно является следствием позднего катастрофического события, приведшего к его исключению из системы. Спутник либо мог не сформироваться в результате гигантского столкновения, либо возникнуть и впоследствии исчезнуть в процессе обычной приливной эволюции. Наиболее благоприятными условиями для долгосрочного существования спутника лунной массы были начальные периоды вращения Венеры, составлявшие около 10–12 часов, а также небольшая эксцентричность его орбиты.