Астрономы обнаружили впечатляющее увеличение соотношения дейтерия и водорода в атмосфере Венеры

Схема предлагаемого механизма круговорота воды в мезосфере Венеры для поддержания наблюдаемого HDO и H₂O VMR и увеличения отношения HDO/H₂O с высотой. Автор: Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2401638121

Благодаря наблюдениям с помощью прибора для наблюдения за солнечным затмением в инфракрасном диапазоне (SOIR) на космическом зонде Venus Express Европейского космического агентства (ESA) исследователи обнаружили неожиданное увеличение содержания двух вариантов молекул воды — H ₂ O и HDO — и их соотношения HDO/H ₂ O в мезосфере Венеры.

Это явление ставит под сомнение наше понимание истории вод Венеры и вероятности того, что в прошлом она была пригодна для жизни.

«Венеру часто называют близнецом Земли из-за схожих размеров», — отмечает Хироки Карю, исследователь из Университета Тохоку. «Несмотря на сходство между двумя планетами, они развивались по-разному. В отличие от Земли, Венера имеет экстремальные условия на поверхности».

Исследование содержания H ₂ O и его дейтерированного аналога HDO (изотопологов) позволяет лучше понять историю воды на Венере. Принято считать, что изначально Венера и Земля имели схожее соотношение HDO/H ₂ O. Однако соотношение, наблюдаемое в основной атмосфере Венеры (ниже 70 км), в 120 раз выше, что указывает на значительное обогащение дейтерием с течением времени.

Это обогащение в первую очередь обусловлено тем, что солнечная радиация разрушает изотопологи воды в верхних слоях атмосферы, производя атомы водорода (H) и дейтерия (D). Поскольку атомы H легче улетают в космос из-за их меньшей массы, отношение HDO/H ₂ O постепенно увеличивается.

Чтобы определить, сколько H и D улетучивается в космос, крайне важно измерить количество изотопологов воды на высотах, где солнечный свет может их разрушить, что происходит над облаками на высотах более ~70 км.

Исследование, опубликованное в Трудах Национальной академии наук, выявило два удивительных результата: концентрации H ₂ O и HDO увеличиваются с высотой от 70 до 110 км, а соотношение HDO/H ₂ O значительно возрастает на порядок в этом диапазоне, достигая уровней, более чем в 1500 раз превышающих показатели в океанах Земли.

Предложенный механизм для объяснения этих результатов включает поведение аэрозолей гидратированной серной кислоты (H ₂ SO ₄). Эти аэрозоли образуются прямо над облаками, где температура опускается ниже точки росы сернистой воды, что приводит к образованию аэрозолей, обогащенных дейтерием.

Эти частицы поднимаются на большую высоту, где повышенная температура заставляет их испаряться, высвобождая более значительную долю HDO по сравнению с _H2O. Затем пар переносится вниз, перезапуская цикл.

Исследование подчеркивает два ключевых момента. Во-первых, изменения высоты играют решающую роль в определении резервуаров D и H. Во-вторых, повышенное отношение HDO/H ₂ O в конечном итоге увеличивает выброс дейтерия, влияя на долгосрочную эволюцию отношения D/H. Эти результаты поощряют включение зависящих от высоты процессов в модели для точных прогнозов эволюции D/H.

Понимание эволюции обитаемости Венеры и истории ее вод поможет нам понять факторы, которые делают планету пригодной для жизни, и узнать, как не дать Земле последовать по стопам ее близнеца.

Больше информации: Arnaud Mahieux et al, Unexpected increase of the deuterium to hydrogen ratio in the Venus mesosphere, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2401638121

Источник: Tohoku University