Ученые выясняют, почему у «двойника Земли» почти нет воды
Исследователи обнаружили, что Венера теряет значительно больше воды, чем считалось ранее, из-за процесса, называемого «диссоциативной рекомбинацией», когда атомы водорода улетучиваются в космос, сообщает «scitechdaily».
Планетологи из Университета Колорадо в Боулдере обнаружили, как Венера, обжигающая и непригодная для жизни соседка Земли, стала такой сухой.
Новое исследование заполняет большой пробел в том, что исследователи называют «историей воды на Венере». Используя компьютерное моделирование, команда обнаружила, что атомы водорода в атмосфере планеты со свистом улетают в космос через процесс, известный как «диссоциативная рекомбинация», в результате чего Венера теряет примерно в два раза больше воды каждый день по сравнению с предыдущими оценками.
Полученные результаты могут помочь объяснить, что происходит с водой на множестве планет по всей галактике.
«Вода действительно важна для жизни», — говорит Эрин Канги, научный сотрудник Лаборатории атмосферной и космической физики (LASP) и соавтор новой статьи. «Мы должны понять условия, которые поддерживают жидкую воду во Вселенной, и которые, возможно, привели к очень сухому состоянию Венеры сегодня».
Венера, добавила она, положительно выжжена. Если вы возьмете всю воду на Земле и распределите ее по планете, как варенье на тосте, вы получите жидкий слой глубиной примерно 3 километра. Если бы вы сделали то же самое на Венере, где вся вода находится в ловушке в воздухе, у вас осталось бы всего 3 сантиметра, едва достаточно, чтобы намочить пальцы ног.
«На Венере в 100 000 раз меньше воды, чем на Земле, хотя она в основном того же размера и массы», — сказал Майкл Чаффин, соавтор исследования и научный сотрудник LASP.
В текущем исследовании ученые использовали компьютерные модели, чтобы понять Венеру как гигантскую химическую лабораторию, изучая различные реакции, происходящие в закрученной атмосфере планеты. Группа сообщает, что молекула под названием HCO+ (ион, состоящий из одного атома водорода, углерода и кислорода) высоко в атмосфере Венеры может быть виновником утечки воды с планеты.
По мнению Канги, соавтора исследования, полученные результаты раскрывают новые намеки на то, почему Венера, которая, вероятно, когда-то выглядела почти идентично Земле, сегодня практически 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 в области астрофизических и планетарных наук в Колорадском университете в Боулдере в 2023 году.
Она отметила, что Венера не всегда была такой пустыней.
Ученые подозревают, что миллиарды лет назад во время формирования Венеры планета получала примерно столько же воды, сколько и Земля. В какой-то момент случилась катастрофа. Облака углекислого газа в атмосфере Венеры вызвали самый мощный парниковый эффект в Солнечной системе, в конечном итоге подняв температуру на поверхности до 900 градусов по Фаренгейту. В процессе вся вода Венеры испарилась, превратившись в пар, и большая часть улетела в космос.
Но это древнее испарение не может объяснить, почему Венера такая сухая, как сегодня, или как она продолжает отдавать воду в космос. Виновником, согласно новой работе, является неуловимый HCO+.
Чаффин и Канги объяснили, что в верхних слоях атмосферы планеты вода смешивается с углекислым газом, образуя эту молекулу. В предыдущих исследованиях ученые сообщили, что HCO+ может быть ответственен за потерю Марсом большого количества воды.
Вот как это работает на Венере: HCO+ постоянно вырабатывается в атмосфере, но отдельные ионы не выживают долго. Электроны в атмосфере находят эти ионы и рекомбинируют, чтобы расщепить ионы на две части. При этом атомы водорода улетучиваются и могут даже полностью уйти в космос, лишая Венеру одного из двух компонентов воды.
В новом исследовании группа подсчитала, что единственный способ объяснить сухое состояние Венеры заключается в том, что планета содержит в своей атмосфере большие, чем ожидалось, объемы HCO+. В выводах команды есть одна особенность. Ученые никогда не наблюдали HCO+ вокруг Венеры. Чаффин и Канги предполагают, что это потому, что у них никогда не было инструментов, чтобы как следует искать.
Несмотря на то, что за последние десятилетия на Марс побывали десятки миссий, гораздо меньше космических аппаратов отправились на вторую планету от Солнца. Ни у кого из них не было приборов, способных обнаружить HCO+.
Один из удивительных выводов этой работы заключается в том, что HCO+ на самом деле должен быть одним из самых распространенных ионов в атмосфере Венеры.
«Миссий на Венеру было не так много», — сказала Канги. «Но недавно запланированные миссии будут использовать десятилетия коллективного опыта и растущий интерес к Венере для изучения экстремальных планетарных атмосфер, эволюции и обитаемости».
Но исследователи надеются, что будущая миссия сможет это сделать, раскрыв еще одну ключевую часть истории воды на Венере.