В облаках Венеры скрывается странная химическая загадка

Фото из открытых источников

Узор в облаках Венеры, существовавший на протяжении столетия, до сих пор не был объяснен. Новое исследование устанавливает новые рамки для возможных причин его возникновения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Astrobiology.

В любительский телескоп Венера выглядит бледно-желтой. Но стоит переключиться на ультрафиолетовое излучение, и на ее плотных, кислотных облаках начнут появляться темные и светлые пятна. Астрономы обнаружили эту закономерность около столетия назад, но так и не смогли сопоставить её с каким-либо химическим веществом.

Новые расчеты позволяют оценить, насколько экстремальными должны быть свойства этого компонента. То, что придает облакам Венеры их цвет, должно либо очень хорошо поглощать свет, либо существовать в очень высоких концентрациях, либо и то, и другое.

Исследование было проведено Яном Спейсеком и его командой из Фонда прикладной молекулярной эволюции во Флориде. Вместо того чтобы гадать о химическом составе, Спейсек задал более простой вопрос: как бы выглядела жидкость внутри капель облаков Венеры, налитая в лабораторную колбу? Работая с коллегами, он создал модель для исследования.

Темные пятна обычно называют неизвестным поглотителем, и это название закрепилось не случайно. Начиная с 1920-х годов, исследователи вывели на поверхность более 20 потенциальных химических веществ. Заряженные соединения серы, железосодержащие минералы и многие другие не соответствовали полному спектру наблюдаемых явлений.

Вопрос выходит за рамки простого любопытства. Этот же материал поглощает более половины солнечного света, достигающего верхних слоев облаков Венеры. Поглощенное тепло способствует возникновению сильных ветров, которые каждые четыре дня проносятся по верхним слоям атмосферы вокруг планеты.

Команда построила свою модель на основе изображений отражательной способности, полученных японским орбитальным аппаратом Akatsuki во время пролета над освещенной Солнцем стороной Венеры в 2020 году. Новый прибор не запускался, и новые образцы не брались; это расчет, основанный на уже имеющихся снимках.

Превратить бледный цвет облака в факт, описывающий находящуюся внутри него жидкость, непросто. Солнечный свет отражается от бесчисленных мельчайших капель, прежде чем достигнет камеры. Такое отскок, называемое рассеянием, может заставить даже темную жидкость казаться яркой издалека.

Команда сравнивает это с водопадом. Речная вода может быть темной из-за взвешенных частиц, но та же самая вода становится ярко-белой в тот момент, когда она разбивается на мелкие брызги у подножия водопада. Капельки в облаках Венеры достаточно малы и расположены достаточно близко друг к другу, чтобы провернуть тот же трюк.

«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», — объясняет Ён Джу Ли из Южнокорейского института фундаментальных наук. «Учитывая рассеяние и поглощение света частицами облаков и атмосферой, модель позволяет оценить, насколько сильно жидкость в облачных каплях должна поглощать свет».

Исходя из изображений, полученных с помощью прибора «Акацуки», команда вычисляет десятикратный коэффициент поглощения. Это стандартное значение, которое химик считывает с лабораторного спектрометра. В ближней ультрафиолетовой части спектра, на длине волны 375 нанометров, это значение составляет примерно 1278 на сантиметр, и по лабораторным меркам это огромная величина.

«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.

Для достижения такого результата потребовалась бы высокоэффективная молекула, поглощающая свет, например, хлорофилл или белок, переносящий кислород в крови. Для этого необходимо растворить около 12 граммов гемоглобина в каждом литре, тогда как в одном литре человеческой крови содержится примерно от 120 до 175 граммов гемоглобина.

Для более слабого неорганического поглотителя, такого как хлорид железа, потребовалось бы гораздо больше вещества. Более килограмма его должно было бы раствориться в каждом литре, что значительно превышает количество, которое, как считается, могут содержать облака.

Форма отсутствующего источника света дает еще одну подсказку. Если смешать простые органические молекулы с концентрированной серной кислотой, со временем они обычно темнеют, превращаясь в смолистую массу, которая поглощает свет во всем видимом спектре, становясь коричневой или черной. Облака Венеры ведут себя иначе.

Рассчитанное командой значение поглощения резко падает в диапазоне от 365 до 455 нанометров. Этот узор больше похож на единый, четко выраженный пигмент, чем на сложную смолистую смесь, которая сопротивляется разложению органических веществ в сильной серной кислоте.

«Парадоксально, но, наложив дополнительные ограничения на неизвестный поглотитель, мы могли бы сделать эту загадку еще более интригующей», — сказал соавтор исследования Януш Петковски из Вроцлавского университета науки и техники в Польше.

Полученные данные не доказывают наличие чего-либо живого в облаках Венеры. Они также не доказывают органическую природу поглощающего вещества. Облака Венеры и раньше привлекали подобное внимание, в том числе из-за спорных показаний фосфина и аммиака , которые одни исследователи интерпретировали как возможные признаки биологических процессов, в то время как другие склонялись к небиологическим объяснениям.

Эта новая работа не разрешает ни один из этих споров. Она лишь излагает, чему должен соответствовать любой кандидат, живой или нет, органический или нет.

Данная модель охватывает только свет в диапазоне от 365 до 455 нанометров, что представляет собой более узкий диапазон, чем полный диапазон, в котором, как предполагается, действует неизвестный поглотитель. Невозможно сказать, какого цвета жидкость в облаках Венеры будет видна человеческому глазу. Никто никогда не брал образец этих облаков и не измерял его напрямую.

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

Планируемая миссия Rocket Lab к Венере призвана напрямую протестировать один из вариантов этой системы. На борту будет установлен прибор, предназначенный для наблюдения за облачными каплями на предмет флуоресцентного свечения, которое позволит обнаружить органические молекулы.

Эта миссия является продолжением ранее проведенных лабораторных исследований, показавших, что некоторые органические молекулы могут продолжать существовать в такой сильной кислоте, — работы, которые те же исследователи ранее отметили как заслуживающие проверки.

Пока зонд не пролетит сквозь эти облака, этот расчет является самым близким к тому, чтобы кто-либо смог узнать, насколько темной на самом деле является жидкость внутри них.