Nature: Исследование объяснит, почему на Венере нет воды

Ученые-планетологи из Университета Колорадо в Боулдере выяснили, как Венера, обжигающая и непригодная для жизни соседка Земли, стала такой безводной.

Новое исследование заполняет большой пробел в том, что исследователи называют «историей воды на Венере». Используя компьютерное моделирование, команда обнаружила, что атомы водорода в атмосфере планеты уходят в космос в результате процесса, известного как „диссоциативная рекомбинация“, из-за чего Венера теряет примерно в два раза больше воды каждый день по сравнению с предыдущими оценками.

Команда опубликовала свои выводы в журнале Nature.

Полученные результаты могут помочь объяснить, что происходит с водой на множестве планет по всей Галактике.

Вода очень важна для жизни», — говорит Эрин Канги, научный сотрудник Лаборатории атмосферной и космической физики (LASP) и соавтор новой статьи.

Нам нужно понять, какие условия поддерживают жидкую воду во Вселенной, и что могло привести к очень сухому состоянию Венеры сегодня.

Венера, — добавила она, — просто пересохла. Если взять всю воду на Земле и распределить ее по планете, как джем на тосте, то получится слой жидкости глубиной около 3 километров (1,9 мили). Если сделать то же самое на Венере, где вся вода заперта в воздухе, то получится всего 3 сантиметра (1,2 дюйма), чего едва хватит, чтобы намочить пальцы ног.

На Венере в 100 000 раз меньше воды, чем на Земле, хотя ее размеры и масса практически одинаковы, — говорит Майкл Чаффин, соавтор исследования и научный сотрудник LASP.

В текущем исследовании ученые использовали компьютерные модели, чтобы представить Венеру как гигантскую химическую лабораторию, увеличивая масштаб разнообразных реакций, происходящих в вихревой атмосфере планеты. Группа сообщает, что молекула под названием HCO+ (ион, состоящий из одного атома водорода, углерода и кислорода), находящаяся высоко в атмосфере Венеры, может быть виновником утечки воды с планеты.

Канги, соавтор исследования, считает, что полученные результаты дают новые подсказки о том, почему Венера, которая, вероятно, когда-то выглядела почти так же, как Земля, сегодня практически неузнаваема.

Мы пытаемся выяснить, какие небольшие изменения произошли на каждой планете, чтобы привести их к таким разным состояниям, — говорит Канги, которая получит докторскую степень по астрофизике и планетарным наукам в CU Boulder в 2023 году.

Проливая воду

Венера, отмечает она, не всегда была такой пустыней.

Ученые предполагают, что миллиарды лет назад, во время формирования Венеры, на планете было примерно столько же воды, сколько на Земле. В какой-то момент произошла катастрофа. Облака углекислого газа в атмосфере Венеры запустили самый мощный парниковый эффект в Солнечной системе, в результате чего температура на поверхности поднялась до 900 градусов по Фаренгейту. При этом вся вода на Венере испарилась, превратившись в пар, а большая часть улетучилась в космос.

Но это древнее испарение не может объяснить, почему Венера такая сухая, как сегодня, или как она продолжает терять воду в космос.

В качестве аналогии можно сказать, что я вылил воду из своей бутылки. Там все равно осталось бы несколько капель, — говорит Чаффин.

Однако на Венере почти все эти оставшиеся капли также исчезли». Виновником этого, согласно новой работе, является неуловимый HCO+.

Миссии на Венеру

Чаффин и Канги объяснили, что в верхних слоях атмосферы планет вода смешивается с углекислым газом, образуя эту молекулу. В предыдущем исследовании ученые сообщали, что HCO+ может быть причиной потери Марсом большого количества воды.

Вот как это происходит на Венере: HCO+ постоянно образуется в атмосфере, но отдельные ионы не выживают долго. Электроны в атмосфере находят эти ионы и рекомбинируют, разделяя их на две части. При этом атомы водорода разлетаются на молнии и даже могут полностью уйти в космос, лишив Венеру одного из двух компонентов воды.

В новом исследовании группа ученых подсчитала, что единственным способом объяснить сухость Венеры является наличие в атмосфере планеты больших, чем ожидалось, объемов HCO+. В выводах группы есть один нюанс. Ученые никогда не наблюдали HCO+ вокруг Венеры. Чаффин и Канги предполагают, что это связано с тем, что у них никогда не было инструментов, чтобы как следует поискать.

В то время как Марс за последние десятилетия посетили десятки космических аппаратов, на вторую планету от Солнца отправлялось гораздо меньше аппаратов. Ни один из них не имел на борту приборов, способных обнаружить HCO+, который питает недавно обнаруженный командой путь эвакуации.

Один из удивительных выводов этой работы заключается в том, что HCO+ на самом деле должен быть одним из самых распространенных ионов в атмосфере Венеры, — сказал Чаффин.

Однако в последние годы все большее число ученых обращают свой взор на Венеру. Например, планируемая НАСА миссия Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging (DAVINCI) опустит зонд через атмосферу планеты до самой ее поверхности. Ее запуск запланирован на конец десятилетия.

DAVINCI также не сможет обнаружить HCO+, но исследователи надеются, что будущая миссия сможет это сделать, открыв еще один ключевой фрагмент истории о воде на Венере.

На Венеру было совершено не так много полетов, — заключает Канги.

Но новые запланированные миссии позволят использовать десятилетия коллективного опыта и процветающий интерес к Венере для изучения экстремальных характеристик планетарных атмосфер, эволюции и обитаемости.

06.05.2024