У атмосфері Венери виявлено кисень

Астрономи, які вдивляються в атмосферу Венери, безпосередньо виявили явні ознаки атомарного кисню при денному світлі, що висить над токсичними хмарами планети.

Атомарний кисень, як відомо, існує в атмосфері планети, згідно з теоретичними моделями, і навіть був безпосередньо виявлений безпосередньо на нічному боці Венери; але виявлення вдень означає, що ми маємо нове розуміння динаміки венеріанської атмосфери і схем циркуляції в ній, стверджує команда на чолі з фізиком Гайнцом-Вільгельмом Хюберсом з Німецького аерокосмічного центру (DLR).

Венера – це світ, який вчені прагнуть вивчити більш детально. Вона багато в чому схожа на Землю, але в чомусь кардинально відрізняється від неї. Її маса і склад подібні до земних, але якщо Земля пишна, зелена, волога і повна життя, то Венера – це смертельна яма. Вона вкрита густими, задушливими хмарами, що складаються здебільшого з вуглекислого газу, створюючи парниковий ефект, який призводить до середньої температури поверхні близько 464 градусів за Цельсієм (867 за Фаренгейтом).

Ці хмари випадають на Венеру кислотними дощами, а вся атмосфера обертається навколо планети з величезною швидкістю. Вітри далеко під вершинами хмар на Венері можуть проноситися зі швидкістю близько 700 кілометрів (понад 400 миль) на годину. На Землі найвищою швидкістю вітру, коли-небудь зафіксованою на Землі, був ураганний порив у 407 кілометрів (253 милі) на годину.

Ми не знаємо, як Венера і Земля стали такими різними, але вивчення нашої сусідки може допомогти нам з’ясувати це. Чи була Венера колись на тому ж шляху, що й Земля, і десь звернула не туди? Чи вона була злим близнюком від самого початку?

Розуміння атмосфери Венери може допомогти нам зрозуміти відмінності між нею та Землею. І один із способів зробити це – простежити за киснем.

Атомарний кисень не схожий на кисень, яким ми дихаємо. Останній є молекулярним киснем, або O2, що складається з двох атомів кисню, пов’язаних між собою. Атомарний кисень складається з окремих, самотніх атомів кисню, і він, як правило, не зберігається дуже довго, тому що він дуже хімічно активний і легко з’єднується з іншими атомами. Тут, на Землі, його багато на великих висотах, де він утворюється внаслідок фотодисоціації молекулярного кисню. По суті, сонячні фотони розщеплюють атмосферний O2.

Вважається, що подібний процес відбувається і на Венері. Атмосфера Венери складається переважно з вуглекислого газу; коли сонячне світло потрапляє на цей CO2, фотодисоціація розщеплює молекули на атомарний кисень і монооксид вуглецю. Чадний газ також піддається фотодисоціації.

Коли ці атоми рухаються до нічного боку Венери, вони рекомбінують у вуглекислий газ – процес, який спричиняє світіння нічного боку планети. Атомарний кисень спостерігався як частина цього процесу, але ніколи раніше не зустрічався на денній стороні.

Карта розташування, температури та густини атомарного кисню на Венері. (Хюберс та ін., Nat. Commun., 2023)

Хюберс і його команда вивчали дані, зібрані Стратосферною обсерваторією інфрачервоної астрономії (SOFIA), що летить високо в атмосфері Землі, в терагерцовому діапазоні довжин хвиль, який лежить між мікрохвильовим і далеким інфрачервоним діапазонами. Літак здійснив три окремі польоти, збираючи дані про 17 місць на Венері: сім на денній стороні, дев’ять на нічній стороні і одне на термінаторі.

У всіх 17 точках команда виявила атомарний кисень, концентрація якого досягає піку на висоті близько 100 кілометрів (62 миль). Це відповідає висоті, яка знаходиться безпосередньо між двома домінуючими моделями атмосферної циркуляції на Венері: потужним суперобертовим потоком нижче 70 кілометрів, який обертається всупереч обертанню планети, і субсонячним-антисонячним потоком у верхніх шарах атмосфери вище 120 кілометрів.

Це означає, кажуть дослідники, що атомарний кисень є досі невикористаним ресурсом для дослідження цієї перехідної зони атмосфери на Венері.

“Майбутні спостереження, особливо поблизу антисонячних і субсонячних точок, а також під усіма кутами сонячного зеніту, дадуть більш детальну картину цього своєрідного регіону і підтримають майбутні космічні місії на Венеру”, – пишуть дослідники.

“Разом з вимірюваннями атомарного кисню в атмосферах Землі і Марса ці дані можуть допомогти поліпшити наше розуміння того, як і чому атмосфери Венери і Землі так сильно відрізняються”.

Дослідження опубліковане в Nature Communications..