Вчені з’ясували, чому у «двійника Землі» майже немає води

Дослідники виявили, що Венера втрачає значно більше води, ніж вважалося раніше, через процес, який називається «дисоціативна рекомбінація», коли атоми водню вилітають у космос. Планетологи з Університету Колорадо в Боулдері виявили, як Венера, палаючий і непридатний для життя сусід Землі, стала такою сухою.

Нове дослідження заповнює велику прогалину в тому, що дослідники називають «історією води на Венері». Використовуючи комп’ютерне моделювання, команда виявила, що атоми водню в атмосфері планети летять у космос через процес, відомий як «дисоціативна рекомбінація», в результаті чого Венера щодня втрачає приблизно вдвічі більше води порівняно з попередніми оцінками. Результати можуть допомогти пояснити, що відбувається з водою на безлічі планет по всій галактиці.

«Вода дійсно важлива для життя», — сказала Ерін Кангі, науковий співробітник Лабораторії фізики атмосфери та космосу (LASP) і співавтор нової статті. «Нам потрібно зрозуміти умови, які підтримують рідку воду у Всесвіті, і це могло призвести до дуже сухого стану Венери сьогодні».

Венера, додала вона, позитивно пересохла. Якщо ви візьмете всю воду на Землі та розподілите її по планеті, як джем на тост, ви отримаєте рідкий шар глибиною приблизно 3 кілометри (1,9 милі). Якби ви зробили те ж саме на Венері, де вся вода захоплена в повітрі, у вас залишилося б лише 3 сантиметри (1,2 дюйма), яких ледь вистачить, щоб намочити пальці ніг.

«На Венері в 100 000 разів менше води, ніж на Землі, незважаючи на те, що в основному вона має такий же розмір і масу», — сказав Майкл Чеффін, співавтор дослідження та науковий співробітник LASP.

У поточному дослідженні дослідники використовували комп’ютерні моделі, щоб зрозуміти Венеру як гігантську хімічну лабораторію, збільшуючи масштаб різноманітних реакцій, які відбуваються в закрученій атмосфері планети. Група повідомляє, що молекула під назвою HCO+ (іон, що складається з одного атома водню, вуглецю та кисню) високо в атмосфері Венери може бути винуватцем витоку води з планети.

Для Кангі, одного з головних авторів дослідження, результати відкривають нові натяки на те, чому Венера, яка, ймовірно, колись виглядала майже ідентично Землі, сьогодні майже невпізнана.

«Ми намагаємося з’ясувати, які невеликі зміни відбулися на кожній планеті, щоб привести їх до цих дуже різних станів», — сказала Кангі, яка здобула ступінь доктора астрофізики та планетарних наук у CU Boulder у 2023 році.

Проливання води

Вона зазначила, що Венера не завжди була такою пустелею. Вчені підозрюють, що мільярди років тому під час формування Венери планета отримала приблизно стільки ж води, скільки Земля. У якийсь момент сталася катастрофа. Хмари вуглекислого газу в атмосфері Венери викликали найпотужніший парниковий ефект у Сонячній системі, зрештою піднявши температуру на поверхні до 900 градусів за Фаренгейтом. У процесі вся вода Венери випарувалася в пару, і більша частина відлетіла в космос.

Але це давнє випаровування не може пояснити, чому Венера така суха, як сьогодні, або як вона продовжує втрачати воду в космос.

«Як аналогію, скажімо, я вилив воду зі своєї пляшки. Ще залишиться кілька крапель», — сказав Чеффін.

На Венері, однак, майже всі краплі, що залишилися, також зникли. Винуватцем, згідно з новою роботою, є невловимий HCO+.

Місії на Венеру

Чаффін і Кангі пояснили, що у верхніх атмосферах планети вода змішується з вуглекислим газом, утворюючи цю молекулу. У попередніх дослідженнях дослідники повідомили, що HCO+ може бути відповідальним за втрату Марсом значної частини води.

Ось як це працює на Венері: HCO+ постійно виробляється в атмосфері, але окремі іони не виживають довго. Електрони в атмосфері знаходять ці іони та рекомбінують, щоб розділити іони надвоє. У процесі атоми водню вислизають і можуть навіть повністю вилетіти в космос, позбавляючи Венеру одного з двох компонентів води.

У новому дослідженні група підрахувала, що єдиним способом пояснити сухий стан Венери є наявність на планеті більших, ніж очікувалося, обсягів HCO+ в її атмосфері. Є один поворот у висновках команди. Вчені ніколи не спостерігали HCO+ навколо Венери. Чаффін і Кангі припускають, що це тому, що вони ніколи не мали інструментів, щоб належним чином виглядати.

Хоча за останні десятиліття десятки місій відвідали Марс, набагато менше космічних апаратів подорожувало до другої планети від Сонця. Ніхто не мав із собою приладів, здатних виявити HCO+, який живить нещодавно виявлений маршрут втечі команди.

«Один із несподіваних висновків цієї роботи полягає в тому, що HCO+ насправді має бути одним із найпоширеніших іонів в атмосфері Венери», — сказав Чеффін.

Проте в останні роки все більше вчених звернули увагу на Венеру. Наприклад, запланована місія NASA Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging (DAVINCI) скине зонд крізь атмосферу планети аж на поверхню. Його запуск планується до кінця десятиліття.

DAVINCI також не зможе виявити HCO+, але дослідники сподіваються, що майбутня місія може розкрити ще одну ключову частину історії про воду на Венері.

«Було не так багато місій на Венеру», — сказав Кангі. «Але нещодавно заплановані місії використовуватимуть десятиліття колективного досвіду та процвітаючий інтерес до Венери, щоб досліджувати крайні межі планетарних атмосфер, еволюцію та придатність для життя».