Новое исследование заполняет большой пробел в том, что учёные называют «историей воды на Венере». Используя компьютерное моделирование, команда обнаружила, что атомы водорода в атмосфере планеты уходят в космос в результате процесса, известного как «диссоциативная рекомбинация», из-за чего Венера теряет примерно в 2 раза больше воды каждый день по сравнению с предыдущими оценками, сообщает Колорадский университет в Боулдере.
Команда опубликовала свои выводы в журнале Nature. Полученные результаты могут помочь объяснить, что происходит с водой на множестве планет по всей Галактике.
«Вода очень важна для жизни», — говорит Эрин Канги, научный сотрудник Лаборатории атмосферной и космической физики (LASP) и соавтор статьи. «Нам нужно понять, какие условия поддерживают жидкую воду во Вселенной, и что могло привести к очень сухому состоянию Венеры сегодня».
«Планета просто пересохла. Если взять всю воду на Земле и распределить ее по поверхности, как джем по тосту, то получится слой жидкости глубиной около 3 километров. Если сделать то же самое на Венере, где вся вода заперта в воздухе, то получится всего 3 сантиметра, чего едва хватит, чтобы намочить пальцы ног», — пояснили учёные. На Венере в 100 000 раз меньше воды, чем на Земле, хотя их размеры и масса практически одинаковы.
Ученые использовали компьютерные модели, чтобы представить Венеру как гигантскую химическую лабораторию, увеличивая масштаб разнообразных реакций, происходящих в вихревой атмосфере планеты. Команда сообщила, что молекула под названием HCO+ (ион, состоящий из одного атома водорода, углерода и кислорода), находящаяся высоко в атмосфере Венеры, может быть виновником утечки воды с планеты.
Канги, соавтор исследования, считает, что полученные результаты дают новые подсказки о том, почему Венера, которая, вероятно, когда-то выглядела почти так же, как Земля, сегодня практически неузнаваема. «Мы пытаемся выяснить, какие небольшие изменения произошли на каждой планете, чтобы привести их к таким разным состояниям. Венера не всегда была такой пустыней», — говорит Канги.
Ученые предполагают, что миллиарды лет назад, во время формирования Венеры, на планете было примерно столько же воды, сколько на Земле. В какой-то момент произошла катастрофа. Облака углекислого газа в атмосфере Венеры запустили самый мощный парниковый эффект в Солнечной системе, в результате чего температура на поверхности поднялась до 480 градусов по Цельсию. При этом вся вода испарилась, и большая часть улетучилась в космос.
Но это древнее испарение не может объяснить, почему Венера такая сухая, как сегодня, или как она продолжает терять воду. «В качестве аналогии можно сказать, что я вылил воду из своей бутылки. Там все равно осталось бы несколько капель», — говорит Чаффин. Однако на Венере почти все оставшиеся капли также исчезли. Виновником этого, согласно новой работе, является неуловимый HCO+.
Чаффин и Канги объяснили, что в верхних слоях атмосферы планет вода смешивается с углекислым газом, образуя эту молекулу. В предыдущем исследовании ученые сообщали, что HCO+ может быть причиной потери Марсом большого количества воды.
Вот как это происходит на Венере: HCO+ постоянно образуется в атмосфере, но отдельные ионы не выживают долго. Электроны в атмосфере находят эти ионы и рекомбинируют, разделяя их на две части. При этом атомы водорода разлетаются на молнии и даже могут полностью уйти в космос, лишив Венеру одного из двух компонентов воды.
В новом исследовании группа ученых подсчитала, что единственным способом объяснить сухость Венеры является наличие в атмосфере планеты больших, чем ожидалось, объемов HCO+. В то время как Марс за последние десятилетия посетили десятки космических аппаратов, на вторую планету от Солнца отправилось гораздо меньше миссий. Ни одна из них не имела на борту приборов, способных обнаружить HCO+.
«На Венеру было отправлено не так много экспедиций. Но новые запланированные полеты позволят использовать десятилетия коллективного опыта и растущий интерес к Венере для изучения экстремальных характеристик планетарных атмосфер, эволюции и обитаемости», — заключили учёные.
[Фото: Aurore Simonnet / Laboratory for Atmospheric and Space Physics / University of Colorado Boulder]