Planetolodzy z Uniwersytetu Colorado w Boulder odkryli, dlaczego Wenus, parząca i nienadająca się do zamieszkania sąsiadka Ziemi, stała się tak sucha.
Nowe badanie wypełnia dużą lukę w tym, co naukowcy nazywają „historią wody na Wenus”. Korzystając z symulacji komputerowych, zespół odkrył, że atomy wodoru w atmosferze planety wpadają w przestrzeń kosmiczną w procesie znanym jako „rekombinacja dysocjacyjna”, powodując, że Wenus traci codziennie około dwa razy więcej wody w porównaniu z wcześniejszymi szacunkami.
Zespół opublikuje swoje odkrycia 6 maja w czasopiśmie Nature.
Wyniki mogą pomóc w wyjaśnieniu, co dzieje się z wodą na wielu planetach w całej galaktyce.
„Woda jest naprawdę ważna dla życia” – powiedziała Eryn Cangi, naukowiec w Laboratorium Fizyki Atmosfery i Przestrzeni Kosmicznej (LASP) i współautorka nowego artykułu. „Musimy zrozumieć warunki, w których we wszechświecie utrzymuje się woda w stanie ciekłym, co mogło spowodować, że Wenus jest obecnie bardzo sucha”.
Dodała, że Wenus jest mocno wysuszona. Jeśli weźmiesz całą wodę na Ziemi i rozprowadzisz ją po całej planecie jak dżem na grzance, otrzymasz warstwę cieczy o głębokości około 3 kilometrów (1,9 mil). Gdybyś zrobił to samo na Wenus, gdzie cała woda jest uwięziona w powietrzu, skończyłbyś na zaledwie 3 centymetrach (1,2 cala), ledwo wystarczających, aby zamoczyć palce u nóg.
„Wenus zawiera 100 000 razy mniej wody niż Ziemia, mimo że ma zasadniczo taki sam rozmiar i masę” – powiedział Michael Chaffin, współautor badania i pracownik naukowy w LASP.
W bieżącym badaniu naukowcy wykorzystali modele komputerowe, aby zrozumieć Wenus jako gigantyczne laboratorium chemiczne, przyglądając się różnorodnym reakcjom zachodzącym w wirującej atmosferze planety. Grupa podaje, że cząsteczka zwana HCO+ (jon składający się z jednego atomu wodoru, węgla i tlenu) znajdująca się wysoko w atmosferze Wenus może być przyczyną ucieczki wody z planety.
Dla Cangi, współautorki badań, odkrycia dostarczają nowych wskazówek na temat tego, dlaczego Wenus, która prawdopodobnie kiedyś wyglądała niemal identycznie jak Ziemia, jest dziś prawie nie do poznania.
„Próbujemy dowiedzieć się, jakie drobne zmiany zaszły na każdej planecie, aby wprowadzić je w tak bardzo różne stany” – powiedziała Cangi, która uzyskała doktorat z nauk astrofizycznych i planetarnych na CU Boulder w 2023 roku.
Rozlewanie wody
Zauważyła, że Wenus nie zawsze była taką pustynią.
Naukowcy podejrzewają, że miliardy lat temu, podczas formowania się Wenus, planeta otrzymała mniej więcej tyle samo wody, co Ziemia. W pewnym momencie doszło do katastrofy. Chmury dwutlenku węgla w atmosferze Wenus wywołały najpotężniejszy efekt cieplarniany w Układzie Słonecznym, ostatecznie podnosząc temperaturę na powierzchni do piekielnego poziomu 300 stopni Fahrenheita. W tym procesie cała woda z Wenus wyparowała, zamieniając się w parę, a większość odpłynęła w przestrzeń kosmiczną.
Ale to starożytne parowanie nie może wyjaśnić, dlaczego Wenus jest tak sucha jak dzisiaj, ani w jaki sposób nadal traci wodę w przestrzeń kosmiczną.
„Dla analogii załóżmy, że wylałem wodę do butelki z wodą. Zostało jeszcze kilka kropel” – powiedział Chaffin.
Jednak na Wenus prawie wszystkie pozostałe krople również zniknęły. Według nowych prac winowajcą jest nieuchwytny HCO+.
Misje na Wenus
Chaffin i Cangi wyjaśnili, że w górnych warstwach atmosfery planety woda miesza się z dwutlenkiem węgla, tworząc tę cząsteczkę. W poprzednich badaniach naukowcy podawali, że HCO+ może być odpowiedzialny za utratę przez Marsa dużej części wody.
Oto jak to działa na Wenus: HCO+ jest stale wytwarzany w atmosferze, ale pojedyncze jony nie przeżywają długo. Elektrony w atmosferze znajdują te jony i łączą się ponownie, dzieląc jony na dwie części. W tym procesie atomy wodoru uciekają, a nawet mogą całkowicie uciec w przestrzeń kosmiczną, pozbawiając Wenus jednego z dwóch składników wody.
W nowym badaniu grupa obliczyła, że jedynym sposobem wyjaśnienia stanu suchego Wenus jest stwierdzenie, że planeta zawiera w swojej atmosferze większe niż oczekiwano ilości HCO+. Ustalenia zespołu mają jedną prawidłowość. Naukowcy nigdy nie zaobserwowali HCO+ wokół Wenus. Chaffin i Cangi sugerują, że dzieje się tak dlatego, że nigdy nie mieli instrumentów, aby właściwie przyjrzeć się temu zjawisku.
Chociaż w ostatnich dziesięcioleciach Marsa odwiedziły dziesiątki misji, znacznie mniej statków kosmicznych przybyło na drugą planetę od Słońca. Żaden z nich nie miał przy sobie instrumentów zdolnych wykryć HCO+, który zasila nowo odkrytą drogę ucieczki zespołu.
„Jednym z zaskakujących wniosków wynikających z tej pracy jest to, że HCO+ powinien w rzeczywistości należeć do najliczniejszych jonów w atmosferze Wenus” – powiedział Chaffin.
Jednak w ostatnich latach coraz większa liczba naukowców skupia się na Wenus. Na przykład planowana przez NASA misja Deep Atmphere Venus Investigation of Noble Gass, Chemistry and Imaging (DAVINCI) wypuści sondę przez atmosferę planety aż na powierzchnię. Jego premiera planowana jest na koniec dekady.
DAVINCI również nie będzie w stanie wykryć HCO+, ale badacze mają nadzieję, że uda się to w przyszłej misji – odsłaniając kolejny kluczowy element historii wody na Wenus.
„Nie było zbyt wielu misji na Wenus” – powiedział Cangi. „Jednak nowo zaplanowane misje wykorzystają dziesięciolecia zbiorowego doświadczenia i kwitnące zainteresowanie Wenus do badania ekstremalnych atmosfer planet, ewolucji i możliwości zamieszkania”.