Астрофизики выяснили, что даже миллиардная доля брома может влиять на атмосферу Венеры

Соединения брома и в первую очередь — бромистый водород HBr могут играть заметную роль в фотохимических процессах, проходящих в нижних слоях венерианской атмосферы. К такому выводу пришли учёные из МФТИ и ИКИ РАН, сравнив данные проведённых наземных наблюдений Венеры с результатами, полученными из модели фотохимических процессов. Работа опубликована в журнале Icarus.

Начиная с 1960-х годов к Венере было отправлено большое число межпланетных станций, причём 17 из 24 успешных миссий были советскими, вследствие чего в научных кругах за ней закрепилось название «Русская планета». Ещё в середине прошлого века писатели-фантасты описывали Венеру пригодной для жизни будущих поколений планетой, полностью покрытой океаном, сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию Planet Today.

Однако «утренняя звезда» преподнесла много сюрпризов своим исследователям. Первые советские спускаемые аппараты были раздавлены атмосферным давлением, не достигнув поверхности, поскольку учёные не ожидали такого огромного давления в нижних слоях атмосферы. Позднее стало понятно, что Венера имеет уникальную атмосферу с колоссальными скоростями потоков воздуха и высокой плотностью вблизи поверхности. Скорость ветров на этой планете во много раз превышает скорость её вращения. Венера представляет большой научный интерес ввиду своей необычности и далеко не полной исследованности. Сегодня каждый шаг в её изучении приближает учёных к пониманию устройства этой сложнейшей системы.

Поверхность Венеры и нижний слой её атмосферы имеют очень высокую температуру. Средняя температура на поверхности составляет около 460 °С. Это выше температуры плавления многих металлов. Давление атмосферы в 93 раза больше земного, и в этих экстремальных условиях могут образовываться достаточно нетипичные соединения, присутствующие в атмосфере Венеры, такие как хлористый водород HCl и фтористый водород HF. Обнаружение этих составляющих атмосферы в своё время немало удивило учёных. Можно предположить, что и следующий галогенид водорода — бромистый водород HBr — может присутствовать в венерианской атмосфере.

Владимиром Краснопольским и Денисом Беляевым были проведены наблюдения венерианской атмосферы в одной из ведущих обсерваторий мира — гавайской обсерватории Мауна-Кеа, находящейся на высоте 4,2 км над уровнем моря и обладающей хорошим астроклиматом. Наблюдения проводились на трёхметровом телескопе IRTF, созданном для астрономических наблюдений в ИК-диапазоне спектра. В качестве регистрирующего устройства использовался спектрограф высокого спектрального разрешения (λ/Δλ~104) CSHELL. Целью наблюдения были спектральные линии HBr с волновыми числами 2605,80 и 2606,20 см−1, что соответствует длине волны 3,8 мкм. Тщательный поиск линий HBr в 101 измеренном спектре Венеры и расчёты этих линий привели к заключению, что количество HBr в верхнем слое облаков на высоте 70 км от поверхности Венеры не превышает одной миллиардной доли от общего числа молекул.

«Восстановление параметров атмосферы по спектроскопическим данным — весьма нетривиальная задача. По виду контура спектральной линии и его ширине может быть восстановлена температура атмосферы на заданной высоте. А по относительной интенсивности спектральной линии определённого вещества на фоне линий тех молекул, чьи концентрации уже известны, — его относительное содержание в атмосфере», — рассказал заведующий лабораторией прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ Владимир Краснопольский.

Владимиром Краснопольским ещё в 2012 году была разработана фотохимическая модель, включающая большой набор компонентов атмосферы Венеры. Теперь в эту модель были добавлены также и основные фотохимические процессы с участием брома. Исходя из дополненной модели, фотодиссоциация бромистого водорода, его распад вследствие реакций с атомарным водородом и кислородом определяют его относительное содержание на высоте 70–80 км над поверхностью примерно в 300 раз меньшее, чем на высоте 60 км. Повторный анализ данных наблюдения с учётом рассчитанного из фотохимической модели содержания HBr дал для высот ниже 60 км максимальную оценку 2…7 × 10-8. Результаты расчёта относительного содержания соединений брома на различных высотах представлены на рисунке. 

Рисунок: Относительное содержание соединений брома в атмосфере Венеры на разных высотах, полученное из фотохимической модели

Денис Беляев, старший научный сотрудник ИКИ РАН: «Даже при столь малых полученных оценках содержания брома он может являться важной составляющей атмосферы Венеры. Термодинамические вычисления на основе химико-кинетической модели, разработанной Владимиром Краснопольским, показывают, что бромистый водород является главной разновидностью брома в нижних слоях атмосферы».