Что-то в облаках Венеры поглощает поразительное количество солнечного света

Фото из открытых источников

Новые исследования устанавливают строгие ограничения на неизвестное «вещество», ответственное за темные ультрафиолетовые пятна на Венере, предполагая, что оно должно поглощать солнечный свет с удивительной эффективностью или существовать в необычно высоких концентрациях. Результаты были опубликованы в журнале Astrobiology.

В видимом диапазоне длин волн Венера выглядит спокойной и бледно-желтой. Но начиная с 1920-х годов астрономы отмечают высококонтрастные особенности в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне.

Эти особенности отслеживают четырехдневное супервращение верхнего облачного слоя планеты и сильно меняются во времени и пространстве.

Идентификация поглотителя УФ-излучения остается неизвестной, поскольку ни один из предложенных кандидатов полностью не соответствует всем данным наблюдений.

В новом исследовании Ян Спейсек из Фонда прикладной молекулярной эволюции и его коллеги оценили, насколько сильно жидкость внутри капель венерианских облаков должна поглощать свет, чтобы воспроизвести наблюдаемое на планете ультрафиолетовое и синее отражение.

«Наша модель, по сути, задает вопрос: что произойдет, если мы сможем собрать этот облачный материал в кювету и поместить ее в лабораторный спектрометр?» — сказал Спейсек. «Это важно, поскольку поглощение света в объёмной жидкости может быть связано с концентрацией светопоглощающего вещества в растворе».

Исследователи объединили наблюдения Венеры с моделью переноса излучения, учитывающей многократное рассеяние облачными каплями и молекулами атмосферы.

Они преобразовали астрономические наблюдения в величину, обычно измеряемую в лабораторной УФ-видимой спектроскопии: коэффициент поглощения основной массы облачной жидкости.

«Ключевой момент заключается в том, что частицы облаков Венеры очень эффективно рассеивают солнечный свет, поэтому яркость, наблюдаемая из космоса, не может быть напрямую сопоставлена с поглощением жидкости в больших объемах, измеренным в лаборатории», — сказала Ён Джу Ли из Института фундаментальных наук Южной Кореи. «Учитывая рассеяние и поглощение света частицами облаков и атмосферой, модель позволяет оценить, насколько сильно жидкость в облачных каплях должна поглощать свет».

В пределах смоделированного диапазона 365–455 нм требуемый десятикратный коэффициент поглощения достигает приблизительно 1278 см⁻¹ при 375 нм.

Полученные данные указывают на то, что неизвестный поглотитель либо очень эффективно поглощает свет, либо присутствует в очень высокой концентрации, либо и то, и другое.

Высокоабсорбирующие сопряженные органические молекулы могут удовлетворить это требование. В данном случае под органическими понимаются соединения на основе углерода, и это не подразумевает биологического происхождения.

Для молекул с высокой светопоглощающей способностью, характерной для эффективных порфириноидных пигментов, потребовалась бы концентрация порядка 10 граммов на литр.

Авторы подчеркивают, что они не предлагают хлорофилл, гем или какой-либо конкретный биологический пигмент в качестве поглотителя света на Венере; эти соединения служат лишь известными примерами эффективных поглотителей света.

Форма спектра накладывает еще одно важное ограничение.

Простые органические соединения, подвергнутые воздействию концентрированной серной кислоты, могут образовывать темные, химически сложные «смолоподобные» смеси.

Однако такие сложные смеси, как правило, поглощают свет в широком диапазоне видимого спектра, приобретая коричневый или черный цвет. Это не соответствует резкому снижению поглощения, наблюдаемому для Венеры в диапазоне от 365 до 455 нм.

«Если наблюдаемое поглощение света обусловлено сопряженным органическим веществом, то относительно резкий профиль поглощения согласуется с химически определенным поглотителем, который устойчив к превращению в смолоподобную смесь, обычно наблюдаемую при растворении органических веществ в концентрированной серной кислоте», — сказал Спейсек.

«Парадоксально, но, наложив дополнительные ограничения на неизвестный поглотитель, мы, возможно, сделали эту загадку еще более интригующей», — сказал Януш Петковский из Вроцлавского университета науки и техники.

«Эта модель накладывает жесткие ограничения на любой предлагаемый поглотитель», — сказал Пол Риммер из Кембриджского университета. «Многие из предложенных неорганических соединений должны присутствовать в очень высоких концентрациях, чтобы обеспечить требуемое поглощение».