Венера відома своїм жовтуватим відтінком у видимому світлі, але в ультрафіолетовому діапазоні її атмосфера виглядає зовсім інакше: на знімках видно різкі, контрастні смуги, що обертаються разом із чотиридобовою циркуляцією хмар. Уже понад століття астрономи намагаються з’ясувати, що створює ці візерунки, приписуючи їх невідомому «ультрафіолетовому поглиначу». Нове дослідження, описане на ресурсі Universe Today, робить крок до відповіді, моделюючи, наскільки темними були б венеріанські хмари, якби їх «зачерпнути» в пробірку.
Як відрізнити розсіювання від поглинання
Щоб зрозуміти проблему, автори розділяють два ефекти: розсіювання та поглинання світла. Для наочності вони порівнюють це з водоспадом. Вода в річці перед обривом може виглядати темною, але коли вона розбивається на дрібні краплі в бризках, стає білою. Речовина та сама, змінюється лише стан.
Дрібні частинки, як-от краплі водяного аерозолю чи аерозолізована сірчана кислота в хмарах Венери, дуже ефективно розсіюють світло, через що здаються набагато яскравішими, ніж у вигляді суцільної маси. Це явище відоме як розсіювання Мі (Mie scattering) і пояснює, чому аерозолі виглядають інакше за «суцільну» рідину.
Для венеріанського ультрафіолетового поглинача це означає, що потрібно відокремити, скільки світла втрачається через розсіювання дрібними краплями, а скільки — через справжнє поглинання невідомою речовиною всередині цих крапель.
Що показали дані «Акацукі»
Команда Яна Шпачека (Jan Spacek) використала найновіші високодетальні дані від японського апарата «Акацукі», який спостерігає Венеру в різних діапазонах. Дослідники «очистили» відбитий від хмар сигнал від впливу розсіювання, поглинання газами та розмірів частинок, щоб виділити власне властивості речовини, що поглинає світло.
Після цього вони обчислили так званий лінійний декадний коефіцієнт поглинання — характеристику, яка показує, наскільки сильно матеріал поглинає світло на кожній довжині хвилі. Виявилося, що максимум поглинання припадає на область близько 375 нм, тобто в ультрафіолеті, а на більших довжинах хвиль воно різко падає.
При цьому на піку поглинання значення виявилися надзвичайно високими. Це означає, що речовина, розчинена або зважена в краплях сірчаної кислоти, має бути дуже ефективним поглиначем світла — технічно кажучи, потужним хромофором.
Неорганіка проти органіки
Далі постає ключове питання: що це за молекули — неорганічні чи органічні? Традиційно моделі атмосфери Венери віддавали перевагу неорганічним сполукам, таким як хлорид заліза чи різні сірчані сполуки. Але нові розрахунки ставлять ці варіанти під сумнів.
Щоб досягти спостережуваного рівня поглинання, такі неорганічні речовини мали б становити настільки велику частку маси крапель, що це суперечить іншим аерозольним моделям. Інакше кажучи, потрібна концентрація, яка вважається фізично нереалістичною для венеріанських хмар.
Тоді в гру вступають органічні молекули, які за своєю природою можуть дуже ефективно поглинати світло. Однак і тут є серйозне ускладнення. У середовищі сірчаної кислоти, яка, як відомо, домінує в хмарах Венери, прості органічні сполуки — наприклад, формальдегід чи глюкоза — швидко руйнуються, перетворюючись на безструктурні «червоні олії», схожі на дьоготь.
Такий «дьоготь» добре поглинає світло майже по всьому видимому спектру, тобто виглядає майже чорним. Але дані «Акацукі» демонструють чіткий спад поглинання приблизно біля 455 нм. Якби поглиначем були подібні «червоні олії», такого різкого зламу не спостерігалося б.
Отже, якщо відповідальними є органічні молекули, вони мають або зберігати дуже специфічну, стабільну молекулярну структуру, або досягати особливого хімічного рівновагового стану, який не дозволяє їм перетворитися на повністю «чорну» масу.
Що можуть показати майбутні місії
Перевірити ці гіпотези дистанційно майже неможливо. Потрібні прямі вимірювання в самих хмарах. На щастя, у найближчі роки плануються нові місії до Венери, зокрема приватна місія компанії Rocket Lab.
Вона має доставити в атмосферу планети прилад Autofluorescence Nephelometer (AFN). Цей інструмент освітлюватиме хмари лазером із довжиною хвилі 440 нм і шукатиме характерне світіння — автолюмінесценцію, яка є типовою ознакою складних, кон’югованих органічних молекул.
Навіть якщо такий експеримент не дозволить відрізнити абіотичне походження органіки від можливих біологічних процесів, сама наявність органічних молекул у краплях сірчаної кислоти стане важливим кроком до розв’язання однієї з найдавніших атмосферних загадок Сонячної системи — чому Венера настільки ефективно поглинає ультрафіолетове світло.
Про ультрафіолетовий поглинач на Венері також розповідає відео на каналі Event Horizon, доступне за посиланням на платформі YouTube.