[논문 리뷰] EnVision: understanding why our most Earth-like neighbour is so different

Richard Ghail, Colin Wilson외 10명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 27.

Planetary Science and Exploration참고 문헌 129인용 수 8

한 줄 요약

EnVision는 유럽우주기구(ESA)의 제5차 중형미션(M5)으로, 유사한 크기와 형성 조건을 가졌음에도 불구하고 지구와는 매우 다른 진전을 보인 이유를 규명하는 것을 목표로 한다. 이 미션은 고해상도 S밴드 레이더, 지하층 탐사 및 분광계를 활용하여 표면 변형, 지하 구조 및 대기 조성을 맵핑함으로써 과거 및 현재의 지질활동 증거를 찾고, 극도로 온실가스가 축적된 진화 과정과 지구형 행성의 다양성을 이해하고자 한다.

ABSTRACT

This document is the EnVision Venus orbiter proposal, submitted in October 2016 in response to ESA's M5 call for Medium-size missions for its Science Programme, for launch in 2029. Why are the terrestrial planets so different? Venus should be the most Earth-like of all our planetary neighbours: its size, bulk composition and distance from the Sun are very similar to those of Earth. Its original atmosphere was probably similar to that of early Earth, with abundant water that would have been liquid under the young sun's fainter output. Even today, with its global cloud cover, the surface of Venus receives less solar energy than does Earth, so why did a moderate climate ensue here but a catastrophic runaway greenhouse on Venus? How and why did it all go wrong for Venus? What lessons can be learned about the life story of terrestrial planets in general, in this era of discovery of Earth-like exoplanets? Were the radically different evolutionary paths of Earth and Venus driven solely by distance from the Sun, or do internal dynamics, geological activity, volcanic outgassing and weathering also play an important part? Following the primarily atmospheric focus of Venus Express, we propose a new Venus orbiter named EnVision, to focus on Venus' geology and geochemical cycles, seeking evidence for present and past activity. The payload comprises a state-of-the-art S-band radar which will be able to return imagery at spatial resolutions of 1 - 30 m, and capable of measuring cm-scale deformation; this is complemented by subsurface radar, IR and UV spectrometers to map volcanic gases, and by geodetic investigations.

연구 동기 및 목표

• 유사한 크기와 태양으로부터의 거리에도 불구하고 금성이 왜 극도로 온실가스가 축적된 세계로 진화했는지 규명하기 위해.
• 내부 역학, 화산 가스 방출 및 weathering가 행성 진화에 미치는 역할을 이해하기 위해.
• 금성의 현재 극단적인 조건이 외부 요인(예: 태양으로부터의 거리)에 기인하는지 아니면 내부 과정에 기인하는지 판단하기 위해.
• 과거 또는 현재의 지질활동(화산 및 구조운동 등)의 증거를 찾기 위해.
• 지구와 금성을 비교함으로써 지구형 행성의 생명 가능성에 대한 이해를 향상시키기 위해.

제안 방법

• 1–30m 해상도로 이미징하고 센티미터 수준의 표면 변형을 감지할 수 있는 고해상도 S밴드 레이더를 탑재한 금성 궤도선을 투입하기 위해.
• 지하층 레이더 탐사를 통해 얕은 내부를 탐사하고 잠재적인 지하 구조나 얼음 저수지를 탐지하기 위해.
• 적외선 및 자외선 분광계를 활용하여 대기 조성, 특히 SO2 및 CO2 이소토폴로그와 같은 화산 기체를 고감도로 맵핑하기 위해.
• 지오데트릭 측정을 통해 행성의 중력장 측정을 수행하고 내부 구조 및 질량 분포를 추론하기 위해.
• 다중 기기 데이터를 통합하여 표면-대기 상호작용 및 비타민 순환을 모델링하기 위해.
• 미션의 궤도 경로와 시간적 배치를 활용하여 대기 역학 및 표면 변화를 장기적으로 모니터링하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 금성에서 현재 또는 최근의 화산 활동과 구조운동의 성격과 분포는 어떠한가?
• RQ2 비타민 방출 및 weathering 과정이 금성의 대기 진화에 어떤 영향을 미쳤는가?
• RQ3 내부 행성 역학 및 열 전달 메커니즘 측면에서 금성은 지구와 얼마나 다를까?
• RQ4 과거 표면 또는 지하수 존재에 대한 증거는 무엇이며, 언제 사라졌는가?
• RQ5 금성의 지질학적 및 대기 진화 경로는 지구 및 기타 지구형 외계 행성과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 제안된 EnVision 미션은 S밴드 레이더를 통해 표면 이미징의 해상도를 1–30m로 달성하고, 센티미터 수준의 변형도 감지할 수 있다.
• 지하층 레이더 탐사를 통해 얕은 내부 구조와 잠재적인 지하 저축소에 대한 새로운 통찰을 제공할 것이다.
• 적외선 및 자외선 분광계는 고감도로 화산 기체와 대기 조성을 맵핑할 수 있어 일시적인 플룸 또는 가스 방출 사건을 감지할 수 있다.
• 지오데트릭 측정은 금성의 내부 구조와 질량 분포에 대한 제약 조건을 향상시킬 것이다.
• 이 미션은 금성의 표면 지질학, 대기 화학 및 내부 역학을 연결하는 최초의 종합적이고 다중 기기 기반 데이터 세트를 제공할 것이다.
• 이 미션은 외계 행성계의 맥락에서 행성 기후 진화와 생명 가능성에 관한 근본적인 질문들을 해결하기 위해 설계되어 있다.