На Венере почти нет воды по сравнению с тем, что было миллиарды лет назад: новое исследование

Венера сегодня сухая из-за потери воды в космосе в виде атомарного водорода. В доминирующем процессе потери ион HCO⁺ рекомбинирует с электроном, образуя быстрые атомы H (оранжевые), которые используют молекулы CO (синие) в качестве стартовой площадки для выхода. Автор: Aurore Simonnet / Laboratory for Atmospheric and Space Physics / University of Colorado Boulder

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 «водной историей на Венере». Используя компьютерное моделирование, команда обнаружила, что атомы водорода в атмосфере планеты уносятся в космос посредством процесса, известного как «диссоциативная рекомбинация», в результате чего Венера теряет примерно вдвое больше воды каждый день по сравнению с предыдущими оценками.

Команда опубликовала свои выводы 6 мая в журнале Nature.

Результаты могут помочь объяснить, что происходит с водой на множестве планет по всей галактике.

«Вода действительно важна для жизни», — сказал Эрин Канги, научный сотрудник Лаборатории физики атмосферы и космоса (LASP) и соавтор новой статьи. «Нам необходимо понять условия, которые поддерживают жидкую воду во Вселенной и которые, возможно, привели к очень сухому состоянию Венеры сегодня».

Венера, добавила она, действительно пересушена. Если вы возьмете всю воду на Земле и распределите ее по планете, как тост с джемом, вы получите слой жидкости глубиной примерно 3 километра (1,9 мили). Если бы вы сделали то же самое на Венере, где вся вода удерживается в воздухе, у вас осталось бы всего 3 сантиметра (1,2 дюйма), чего едва хватит, чтобы намочить пальцы ног.

«На Венере в 100 000 раз меньше воды, чем на Земле, хотя по сути она имеет тот же размер и массу», — сказал Майкл Чаффин, соавтор исследования и научный сотрудник LASP.

В текущем исследовании ученые использовали компьютерные модели, чтобы понять Венеру как гигантскую химическую лабораторию, сосредоточив внимание на разнообразных реакциях, которые происходят в бурлящей атмосфере планеты. Группа сообщает, что молекула под названием HCO ⁺ (ион, состоящий из одного атома водорода, углерода и кислорода), расположенная высоко в атмосфере Венеры, может быть виновником утечки воды с планеты.

Для Канги, соавтора исследования, полученные результаты открывают 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 совершенно разные состояния», — сказала Канги, получившая докторскую степень в области астрофизических и планетарных наук в Калифорнийском университете в Боулдере в 2023 году.

Проливая воду

Венера, отметила она, не всегда была такой пустыней.

Но это древнее испарение не может объяснить, почему Венера такая сухая, как сегодня, или почему она продолжает терять воду в космос.

«В качестве аналогии предположим, что я вылил воду из бутылки с водой. Несколько капель все равно осталось бы», — сказал Чаффин.

На Венере, однако, почти все оставшиеся капли тоже исчезли. Виновником, согласно новой работе, является неуловимый HCO⁺.

Миссии на Венеру

Чаффин и Канги объяснили, что в верхних слоях атмосферы планеты вода смешивается с углекислым газом, образуя эту молекулу. В предыдущем исследовании исследователи сообщили, что HCO⁺ может быть ответственным за потерю Марсом большого количества воды.

Вот как это работает на Венере: HCO⁺ вырабатывается в атмосфере постоянно, но отдельные ионы долго не сохраняются. Электроны в атмосфере находят эти ионы и рекомбинируют, разделяя ионы на две части. При этом атомы водорода улетают и могут даже полностью уйти в космос, лишая Венеру одного из двух компонентов воды.

В новом исследовании группа подсчитала, что единственный способ объяснить засушливое состояние Венеры — это то, что планета содержит в своей атмосфере большие, чем ожидалось, объемы HCO⁺. В выводах команды есть один поворот. Ученые никогда не наблюдали HCO⁺ вокруг Венеры. Чаффин и Канги предполагают, что это потому, что у них никогда не было инструментов для правильного осмотра.

Хотя за последние десятилетия Марс посетили десятки миссий, гораздо меньше космических кораблей побывало на второй планете от Солнца. Ни у кого не было инструментов, способных обнаружить HCO⁺, который обеспечивает недавно обнаруженный командой путь эвакуации.

«Один из неожиданных выводов этой работы заключается в том, что HCO⁺ на самом деле должен быть одним из самых распространенных ионов в атмосфере Венеры», — сказал Чаффин.

Однако в последние годы все больше ученых обращают внимание на Венеру. Например, запланированная НАСА миссия по исследованию благородных газов, химии и визуализации Венеры в глубокой атмосфере (DAVINCI), например, проведет зонд через атмосферу планеты до самой поверхности. Его планируют запустить к концу десятилетия.

DAVINCI также не сможет обнаружить HCO⁺, но исследователи надеются, что это сможет сделать будущая миссия, которая раскроет еще одну ключевую часть истории воды на Венере.

«На Венеру было не так уж много миссий», — сказал Канги. «Но недавно запланированные миссии будут использовать десятилетия коллективного опыта и растущий интерес к Венере для изучения крайностей планетарных атмосфер, эволюции и обитаемости».

Больше информации: Michael Chaffin, Venus water loss is dominated by HCO ⁺ dissociative recombination, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07261-y. www.nature.com/articles/s41586-024-07261-y

Источник: University of Colorado at Boulder