Najnowsze ustalenia z Wenus Misja ekspresowa ujawniła nieoczekiwane stężenie cząsteczek wody w atmosferze Wenus, co sugeruje, że kiedyś zawierała ona wodę w ilościach podobnych do ziemskich.
W badaniu zbadano, w jaki sposób promieniowanie słoneczne zwiększyło HDO/H2Współczynnik O, zapewniający wgląd w historię klimatyczną Wenus i jej konsekwencje dla możliwości zamieszkania na planetach.
Odkrywanie wariantów wodnych na Wenus
Dzięki obserwacjom za pomocą instrumentu Solar Occultation in Infrared (SOIR) znajdującego się na sondzie kosmicznej Venus Express Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) naukowcy odkryli nieoczekiwany wzrost liczebności dwóch wariantów cząsteczek wody – H2O i HDO – oraz ich stosunek HDO/H2O w mezosferze Wenus. Zjawisko to podważa nasze zrozumienie historii wody na Wenus i potencjału, jaki w przeszłości nadawała się do zamieszkania.
Wenus: bliźniacza Ziemia z niespodzianką
Obecnie Wenus jest suchą, nieprzyjazną planetą. Na Wenus panuje ciśnienie prawie 100 razy wyższe niż na Ziemi i temperatury około 460°C (860°F). Jego atmosfera pokryta jest gęstymi chmurami siarki kwas i kropelki wody, jest wyjątkowo suchy. Większość wody znajduje się poniżej i wewnątrz tych warstw chmur. Jednak Wenus mogła kiedyś utrzymywać tyle samo wody co Ziemia.
„Wenus jest często nazywana bliźniaczą Ziemi ze względu na jej podobny rozmiar” – zauważa Hiroki Karyu, badacz z Uniwersytetu Tohoku. „Pomimo podobieństw między obiema planetami, ewoluowała inaczej. W przeciwieństwie do Ziemi, na Wenus panują ekstremalne warunki powierzchniowe.”
Odkrywanie wodnistej przeszłości Wenus
Badanie liczebności H2O i jego deuterowany odpowiednik HDO (izotopologie) ujawniają wgląd w historię wody na Wenus. Powszechnie przyjmuje się, że Wenus i Ziemia początkowo miały podobne HDO/H2O stosunek. Jednakże stosunek obserwowany w atmosferze Wenus (poniżej 70 km) jest 120 razy większy, co wskazuje na znaczne wzbogacenie deuteru w czasie.
Wzbogacenie to wynika przede wszystkim z promieniowania słonecznego rozkładającego izotopologie wody w górnych warstwach atmosfery, w wyniku czego powstają atomy wodoru (H) i deuteru (D). Ponieważ atomy H łatwiej uciekają w przestrzeń ze względu na ich mniejszą masę, HDO/H2Współczynnik O stopniowo wzrasta.
Mechanizmy zmian wody w atmosferze Wenus
Aby dowiedzieć się, ile H i D ucieka w przestrzeń kosmiczną, istotne jest zmierzenie ilości izotopologów wody na wysokościach, na których światło słoneczne może je rozbić, co ma miejsce ponad chmurami na wysokościach większych niż ~70 km. Badanie dało dwa zaskakujące wyniki: stężenia H2O i HDO rosną wraz z wysokością pomiędzy 70 a 110 km, a HDO/H2Współczynnik O wzrasta znacznie o rząd wielkości w tym zakresie, osiągając poziom ponad 1500 razy wyższy niż w oceanach Ziemi.
Proponowany mechanizm wyjaśniający te odkrycia obejmuje zachowanie uwodnionego kwasu siarkowego ( H2WIĘC4) aerozole. Aerozole te tworzą się tuż nad chmurami, gdzie temperatura spada poniżej punktu rosy wody siarkowej, co prowadzi do powstawania aerozoli wzbogaconych w deuter. Cząsteczki te wznoszą się na wyższe wysokości, gdzie podwyższona temperatura powoduje ich odparowanie, uwalniając większą część HDO w porównaniu z H2O. Następnie para jest transportowana w dół, rozpoczynając cykl od nowa.
Konsekwencje dla zamieszkiwania planet
W badaniu podkreślono dwie kluczowe kwestie. Po pierwsze, różnice w wysokości odgrywają kluczową rolę w lokalizacji zbiorników D i H. Po drugie, zwiększone HDO/H2Stosunek O ostatecznie zwiększa uwalnianie deuteru, wpływając na długoterminową ewolucję stosunku D/H.
Odkrycia te zachęcają do włączenia procesów zależnych od wysokości do modeli w celu uzyskania dokładnych przewidywań dotyczących ewolucji D/H. Zrozumienie ewolucji możliwości zamieszkania na Wenus i historii wody pomoże nam zrozumieć czynniki, które sprawiają, że planeta nadaje się do zamieszkania, dzięki czemu będziemy wiedzieć, jak nie dopuścić, aby Ziemia poszła w ślady swojego bliźniaka.
Wyniki te zostały opublikowane w czasopiśmie „ Postępowanie Narodowej Akademii Nauk 12 sierpnia 2024 r.
Odniesienie: „Nieoczekiwany wzrost stosunku deuteru do wodoru w mezosferze Wenus” autorstwa Arnauda Mahieux, Sébastiena Viscardy, Rogera Vincenta Yelle, Hiroki Karyu, Sarah Chamberlain, Séverine Robert, Arianna Piccialli, Loïc Trompet, Justin Tyler Erwin, Soma Ubukata, Hiromu Nakagawa, Shungo Koyama, Romain Maggiolo, Nuno Pereira, Gaël Cessateur, Yannick Willame i Ann Carine Vandaele, 12 sierpnia 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2401638121
