Венера почти безводна: новое исследование может объяснить причину
Миллиарды лет назад на Венере могло быть столько же воды, сколько на Земле. Сегодня почти вся она исчезла. Новое исследование может помочь понять, почему так произошло.
Ученые-планетологи из Университета Колорадо в Боулдере выяснили, как Венера, раскаленный и непригодный для жизни сосед Земли, стала такой сухой.
Новое исследование заполняет большой пробел в том, что исследователи называют "историей воды на Венере". С помощью компьютерного моделирования команда обнаружила, что атомы водорода в атмосфере планеты улетают в космос в результате процесса, известного как "диссоциативная рекомбинация", что приводит к потере Венерой примерно в два раза больше воды каждый день по сравнению с предыдущими оценками. Команда опубликует свои результаты 6 мая в журнале Nature.
Результаты могут помочь объяснить, что происходит с водой на множестве планет по всей галактике.
"Вода действительно важна для жизни", - сказала Эрин Канги, научный сотрудник Лаборатории атмосферной и космической физики (LASP) и соавтор новой статьи. "Нам нужно понять условия, которые поддерживают жидкую воду во вселенной и, возможно, привели к очень сухому состоянию Венеры сегодня".
Венера, добавила она, совершенно высохла. Если бы вы взяли всю воду на Земле и размазали ее по планете, как джем на тосте, вы бы получили жидкий слой толщиной примерно 3 километра (1,9 мили). Если бы вы сделали то же самое на Венере, где вся вода заперта в воздухе, вы бы получили только 3 сантиметра (1,2 дюйма), едва хватило бы, чтобы намочить пальцы ног.
"На Венере в 100 000 раз меньше воды, чем на Земле, хотя она практически такого же размера и массы", - сказал Майкл Чаффин, соавтор исследования и научный сотрудник LASP.
В данном исследовании ученые использовали компьютерные модели, чтобы понять Венеру как гигантскую химическую лабораторию, сосредоточившись на различных реакциях, которые происходят в кружащейся атмосфере планеты. Группа сообщает, что молекула под названием HCO+ (ион, состоящий из одного атома водорода, углерода и кислорода) в верхних слоях атмосферы Венеры может быть виновником утечки воды с планеты. Для Канги, соавтора исследования, полученные данные раскрывают новые подсказки о том, почему Венера, которая, вероятно, когда-то выглядела почти идентично Земле, сегодня неузнаваема.
"Мы пытаемся выяснить, какие небольшие изменения произошли на каждой планете, чтобы привести их в эти совершенно разные состояния", - сказала Канги, которая получила докторскую степень по астрофизическим и планетарным наукам в Университете Колорадо в Боулдере в 2023 году.
Проливая воду
Венера, отметила она, не всегда была такой пустыней.
Ученые предполагают, что миллиарды лет назад, во время формирования Венеры, планета получила примерно столько же воды, сколько и Земля. В какой-то момент случилась катастрофа. Облака углекислого газа в атмосфере Венеры запустили самый мощный парниковый эффект в Солнечной системе, в конечном итоге подняв температуру на поверхности до жарких 900 градусов по Фаренгейту. В процессе вся вода Венеры испарилась в пар, и большая часть ее улетучилась в космос.
Но это древнее испарение не может объяснить, почему Венера сегодня настолько суха или как она продолжает терять воду в космос.
"В качестве аналогии, допустим, я вылил воду из своей бутылки. Там все равно останется несколько капель", - сказал Чаффин.
Однако на Венере почти все эти оставшиеся капли тоже исчезли. Виновником, 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 предыдущих исследованиях ученые сообщали, что HCO+ может быть ответственен за потерю Марсом большой части своей воды.
Вот как это работает на Венере: HCO+ постоянно производится в атмосфере, но отдельные ионы долго не выживают. Электроны в атмосфере находят эти ионы и рекомбинируют, чтобы расщепить ионы надвое. В процессе атомы водорода улетают и могут даже полностью покинуть космос, лишая Венеру одного из двух компонентов воды.
В новом исследовании группа подсчитала, что единственный способ объяснить сухое состояние Венеры - это если бы на планете в атмосфере присутствовали большие, чем ожидалось, объемы HCO+. Но есть один нюанс в выводах команды. Ученые никогда не наблюдали HCO+ вокруг Венеры. Чаффин и Канги предполагают, что это потому, что у них никогда не было инструментов, чтобы как следует посмотреть.
В то время как десятки миссий посетили Марс в последние десятилетия, гораздо меньше космических аппаратов отправлялись ко второй планете от Солнца. Ни один из них не имел инструментов, способных обнаружить HCO+, который, по мнению команды, питает недавно обнаруженный путь бегства.
Однако в последние годы все большее число ученых обратили свои взоры на Венеру. Например, запланированная миссия НАСА "Глубокое исследование атмосферы Венеры благородных газов, химии и изображений" (DAVINCI) сбросит зонд через атмосферу планеты до самой поверхности. Ее запуск запланирован к концу десятилетия. DAVINCI тоже не сможет обнаружить HCO+, но исследователи надеются, что будущая миссия сможет - раскрыв еще один ключевой фрагмент истории воды на Венере.
"На Венеру было не так много миссий", - сказала Канги. "Но недавно запланированные миссии будут использовать десятилетия коллективного опыта и растущий интерес к Венере, чтобы исследовать крайности планетарных атмосфер, эволюции и обитаемости".
В заключение, новое исследование проливает свет на загадку исчезновения воды на Венере. Ученые обнаружили, что молекула HCO+ в верхних слоях атмосферы планеты может быть ответственна за ускоренную потерю водорода и, следовательно, воды. Хотя HCO+ еще не был напрямую обнаружен на Венере из-за отсутствия необходимых инструментов, исследователи надеются, что будущие миссии смогут подтвердить его присутствие и помочь лучше понять эволюцию планеты.
Изучение Венеры не только дает представление о ее собственной истории, но и может помочь понять условия, необходимые для поддержания жидкой воды и потенциальной обитаемости на других планетах. Поскольку интерес к исследованию Венеры растет, ожидается, что в ближайшие годы будет запущено больше миссий, которые позволят глубже заглянуть в тайны нашего ближайшего планетарного соседа.
