Ученые смоделировали темноту таинственного ультрафиолетового поглотителя Венеры

Фото из открытых источников

Любой астроном-любитель подтвердит, что Венера известна своим желтым цветом в видимом свете. Но спросите профессионального планетолога, и он скажет вам, что самое странное в Венере — это то, как она выглядит в ультрафиолетовом диапазоне. В этом спектре резкие, высококонтрастные полосы разбросаны по облачному покрову планеты и вращаются с периодом вращения атмосферы, равным четырем дням. Более 100 лет ученые задавались вопросом, что может вызывать эти узоры, ссылаясь на неизвестный «поглотитель УФ-излучения». Новая статья, опубликованная в журнале Astrobiology Яном Спейсеком и международной группой исследователей, надеется ответить на этот давний вопрос, ответив на более простой: если взять облака Венеры в пробирку, насколько темными они будут?

Чтобы понять неопределенность, нам нужно различать рассеяние и поглощение. Хорошая аналогия — водопад. Вода в реке, ведущей к водопаду, может казаться темной. Но как только она падает и превращается в мельчайшие частицы, брызги становятся белыми. Это одно и то же вещество (в данном случае вода), так почему же ее цвет так резко меняется в этих двух разных состояниях?

Мелкие частицы, такие как крошечные капли воды в брызгах водопада или, в случае Венеры, аэрозольная серная кислота, из которой состоят облака планеты, очень эффективно рассеивают свет, из-за чего кажутся намного ярче, чем когда они сгруппированы вместе. Этот эффект, известный как рассеяние Ми, объясняет разницу в цвете между аэрозольными частицами и их скоплениями. Но что это практически означает для Венеры, поглощающей ультрафиолетовое излучение?

Для ответа на этот вопрос необходимо сначала изучить данные об отражательной способности самой Венеры. Авторы использовали новейшие данные об отражательной способности высокого разрешения, полученные с космического аппарата Akatsuki японского агентства JAXA, и исключили оптические эффекты рассеяния, поглощения газа и размеров частиц. Затем они рассчитали обратное значение, известное как линейный декадный коэффициент поглощения, который показывает поглощение материала на любой заданной длине волны.

Они обнаружили пик поглощения на длине волны 375 нм — вблизи ультрафиолетового конца спектра — который резко снижался на более высоких длинах волн. Но на пике уровень поглощения исключительно высок, а это значит, что вещество, находящееся в этих каплях, должно быть чрезвычайно эффективной молекулой, поглощающей свет (в технической терминологии известной как хромофор). Таким образом, следующий вопрос, учитывая продолжающиеся дебаты о составе облаков Венеры, заключается в следующем: является ли эта поглощающая свет молекула органической или неорганической?

Неорганические соединения, такие как хлорид железа или соединения серы, на протяжении десятилетий были излюбленными моделями атмосферы Венеры. Однако в свете новых данных они сталкиваются с серьезным сомнением. Для достижения необходимых показателей поглощения они должны составлять лишь небольшую часть облачных капель, что физически невозможно согласно другим аэрозольным моделям.

Остаются органические молекулы, которые, безусловно, способны поглощать такое невероятное количество света. Однако и у них есть один нюанс. В присутствии серной кислоты, которая, как мы уже знаем, составляет большую часть капель в облаках Венеры, простые органические соединения, такие как формальдегид или глюкоза, распадаются на безликие «красные масла», похожие на смолу. Сама смола очень хорошо поглощает свет (отсюда и её чёрный цвет), но делает это во всём видимом спектре.

Однако данные, полученные с помощью зонда Akatsuki, очень четко показывают резкое падение интенсивности в районе 455 нм, чего не произошло бы, если бы материал состоял из простых «красных масел». Это означает, что, если за это ответственны органические вещества, они должны сохранять очень специфическую, стабильную молекулярную структуру или достигать какого-то химического равновесия, которое предотвращает их превращение в просто массу совершенно черной смолы.

Проверить дистанционно, какое из этих двух решений верно, будет практически невозможно. К счастью, в ближайшем будущем запланированы миссии на Венеру, в том числе частная миссия от Rocket Lab, которая отправит автофлуоресцентный нефелометр (AFN), который будет направлять лазер с длиной волны 440 нм в облака и проверять наличие характерного свечения, являющегося признаком сложных, сопряженных органических молекул. И хотя это может не позволить различить абиотические и биологические процессы, знание о наличии органических молекул, плавающих в каплях серной кислоты, может наконец решить одну из самых давних загадок атмосферы Солнечной системы — почему Венера так хорошо поглощает ультрафиолетовое излучение.