Венера сегодня сухая из-за потери воды в космосе в виде атомарного водорода. В доминирующем процессе потери ион HCO+ рекомбинирует с электроном, образуя быстрые атомы H (оранжевые), которые используют молекулы CO (синие) в качестве стартовой площадки для побега. Фото: Аврора Симоннет / Лаборатория физики атмосферы и космоса / Университет Колорадо в Боулдере.
Планетологи из Университета Колорадо в Боулдере обнаружили, как Венера, обжигающая и непригодная для жизни соседка Земли, стала такой сухой.
Новое исследование заполняет большой пробел в том, что исследователи называют «водной историей на Венере». Используя компьютерное моделирование, команда обнаружила, что атомы водорода в атмосфере планеты уносятся в космос посредством процесса, известного как «диссоциативная рекомбинация», в результате чего Венера теряет примерно вдвое больше воды каждый день по сравнению с предыдущими оценками.
Команда опубликовала свои выводы 6 мая в журнале Nature.
Результаты могут помочь объяснить, что происходит с водой на множестве планет по всей галактике.
«Вода действительно важна для жизни», — сказал Эрин Канги, научный сотрудник Лаборатории физики атмосферы и космоса (LASP) и соавтор новой статьи. «Нам необходимо понять условия, которые поддерживают жидкую воду во Вселенной и которые, возможно, привели к очень сухому состоянию Венеры сегодня».
Венера, добавила она, действительно пересушена. Если вы возьмете всю воду на Земле и распределите ее по планете, как тост с джемом, вы получите слой жидкости глубиной примерно 3 километра (1,9 мили). Если бы вы сделали то же самое на Венере, где вся вода удерживается в воздухе, у вас осталось бы 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 по сути она имеет тот же размер и массу», — сказал Майкл Чаффин, соавтор исследования и научный сотрудник LASP.
В текущем исследовании ученые использовали компьютерные модели, чтобы понять Венеру как гигантскую химическую лабораторию, сосредоточив внимание на разнообразных реакциях, которые происходят в бурлящей атмосфере планеты. Группа сообщает, что молекула под названием HCO+ (ион, состоящий из одного атома водорода, углерода и кислорода), расположенная высоко в атмосфере Венеры, может быть виновником утечки воды с планеты.
Для Канги, соавтора исследования, полученные результаты открывают новые намеки на то, почему Венера, которая, вероятно, когда-то выглядела почти идентично Земле, сегодня практически неузнаваема.
«Мы пытаемся выяснить, какие небольшие изменения произошли на каждой планете, чтобы привести их в совершенно разные состояния», — сказала Канги, получившая докторскую степень в области астрофизических и планетарных наук в Калифорнийском университете в Боулдере в 2023 году.
Проливая воду
Венера, отметила она, не всегда была такой пустыней.
Ученые подозревают, что миллиарды лет назад во время формирования Венеры планета получила примерно столько же воды, сколько Земля. В какой-то момент случилась катастрофа. Облака углекислого газа в атмосфере Венеры вызвали самый мощный парниковый эффект в Солнечной системе, в конечном итоге подняв температуру на поверхности до 900 градусов по Фаренгейту. В процессе вся вода Венеры испарилась в пар, а большая часть улетела в космос.
Но это древнее испарение не может объяснить, почему Венера такая сухая, как сегодня, или почему она продолжает терять воду в космос.
«В качестве аналогии предположим, что я вылил воду из бутылки с водой. Несколько капель все равно осталось бы», — сказал Чаффин.
На Венере, однако, почти все оставшиеся капли тоже исчезли. Виновником, согласно новой работе, является неуловимый HCO+.
Миссии на Венеру
Чаффин и Канги объяснили, что в верхних слоях атмосферы планеты вода смешивается с углекислым газом, образуя эту молекулу. В предыдущем исследовании исследователи сообщили, что HCO+ может быть ответственен за потерю Марсом большого количества воды.
Вот как это работает на Венере: HCO+ постоянно вырабатывается в атмосфере, но отдельные ионы недолговечны. Электроны в атмосфере находят эти ионы и рекомбинируют, разделяя ионы на две части. При этом атомы водорода улетают и могут даже полностью уйти в космос, лишая Венеру одного из двух компонентов воды.
В новом исследовании группа подсчитала, что единственный способ объяснить сухое состояние Венеры состоит в том, что в ее атмосфере находится больше, чем ожидалось, объемов HCO+. В выводах команды есть один поворот. Ученые никогда не наблюдали HCO+ вокруг Венеры. Чаффин и Канги предполагают, что это потому, что у них никогда не было инструментов для правильного осмотра.
Хотя за последние десятилетия Марс посетили десятки миссий, гораздо меньше космических кораблей побывало на второй планете от Солнца. Ни у кого не было приборов, способных обнаружить HCO+, который обеспечивает недавно обнаруженный командой путь к отступлению.
«Один из неожиданных 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 больше ученых обращают внимание на Венеру. Например, запланированная НАСА миссия по исследованию благородных газов, химии и визуализации Венеры в глубокой атмосфере (DAVINCI), например, проведет зонд через атмосферу планеты до самой поверхности. Его планируют запустить к концу десятилетия.
DAVINCI также не сможет обнаружить HCO+, но исследователи надеются, что это сможет сделать будущая миссия, которая раскроет еще одну ключевую часть истории воды на Венере.
«На Венеру было не так уж много миссий», — сказал Канги. «Но недавно запланированные миссии будут использовать десятилетия коллективного опыта и растущий интерес к Венере для изучения крайностей планетарных атмосфер, эволюции и обитаемости».
Информация от: Университетом Колорадо в Боулдере.
