|
Таинственные облака Венеры
|
|
|
|
В видимом свете Венера выглядит бледно-желтой, но на снимках в ультрафиолетовом свете видны драматические темные и яркие узоры, которые перемещаются вместе с верхними слоями сернокислотных облаков планеты. Ученые знают об этих маркировках уже около столетия, однако химический состав вещества, из которого они изготовлены, — "неизвестного поглотителя" — остается неизвестным.
|
|
|
|
Международная исследовательская группа установила новые количественные ограничения на свойства этого загадочного поглотителя. Объединив наблюдения за Венерой с моделированием переноса излучения, исследователи оценили, насколько сильно жидкость внутри облачных капель Венеры должна поглощать свет, чтобы воспроизвести наблюдаемый коэффициент отражения ультрафиолетового и синего света планеты.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в Astrobiology, позволило подойти к этой загадке с новой точки зрения. В нем использовалась модель, чтобы ответить на вопрос, заданный ведущим автором доктором Яном Спейсеком: "Если бы мы собрали капли венерианских облаков в спектрометрическую кювету, как бы выглядела вновь образовавшаяся объемная жидкость?"
|
|
|
|
Разница между тем, как выглядит облако, и тем, как выглядит его материал в собранном виде, может быть разительной. Например, сигаретный дым кажется белым, потому что его субмикронные частицы очень эффективно рассеивают свет. Однако, когда частицы дыма собираются в колбе, они образуют плотную взвесь сгоревшего табака — осадок, похожий на смолу.
|
|
|
|
|
|
|
Аналогичный оптический принцип применим и к облакам Венеры, поскольку распределение частиц по размерам в них сравнимо с распределением частиц в сигаретном дыме. Таким образом, даже несмотря на то, что удаленному наблюдателю облака кажутся бледно-желтыми, жидкость, образующая облачные капли, может быть на удивление темной.
|
|
|
|
"Наша модель эффективно учитывает, что произошло бы, если бы мы могли собрать этот облачный материал в кювету и поместить его в лабораторный спектрометр", - сказал ведущий автор исследования Спейсек из Фонда прикладной молекулярной эволюции (США). "Это важно, поскольку поглощение света в жидкости может коррелировать с концентрацией света- абсорбирующий материал в растворе."
|
|
|
|
Исследователи объединили наблюдения Венеры с моделью переноса излучения, которая учитывает многократное рассеяние на облачных каплях и атмосферных молекулах. Они перевели астрономические наблюдения в величину, обычно измеряемую с помощью лабораторной УФ-видимой спектроскопии: коэффициент поглощения жидкости в объеме облаков.
|
|
|
|
«Дело в том, что частицы облаков Венеры очень эффективно рассеивают солнечный свет, поэтому яркость, наблюдаемую из космоса, нельзя напрямую сравнивать с поглощением света в объеме жидкости, измеренным в лабораторных условиях», — говорит доктор Ли Ён Джу из группы по изучению планетарных атмосфер Института фундаментальных наук (IBS) в Южной Корее, которая провела расчеты с помощью модели переноса излучения в рамках этого исследования.
|
|
|
|
«Учитывая рассеяние и поглощение света частицами облаков и атмосферой, модель позволяет нам оценить, насколько сильно свет поглощается самими каплями в облаках».
|
|
Требовательный порог поглощения
|
|
|
|
В смоделированном диапазоне 365–455 нм требуемый десятичный логарифмический коэффициент поглощения составляет примерно 1278 см-1 при длине волны 375 нм. Это означает, что неизвестный поглотитель должен либо очень эффективно поглощать свет, либо иметь очень высокую концентрацию, либо и то и другое.
|
|
|
|
Этому требованию могут соответствовать высокопоглощающие сопряженные органические молекулы. Под «органическими» здесь подразумеваются соединения на основе углерода, и это не указывает на их биологическое происхождение. Молекулы с силой поглощения света, характерной для эффективных порфириновых пигментов, должны иметь концентрацию порядка 10 граммов на литр.
|
|
|
|
Авторы подчеркивают, что они не предлагают хлорофилл, гем или какой-либо конкретный биологический пигмент в качестве поглотителя света Venus; эти соединения служат лишь известными примерами эффективных поглотителей света.
|
|
|
|
Форма спектра является еще одним важным ограничением. Простые органические вещества, подвергшиеся воздействию концентрированной серной кислоты, могут образовывать темные, химически сложные смеси, "похожие на смолу". Однако такие сложные смеси, как правило, поглощают свет во всем видимом спектре, приобретая коричневый или черный цвет. Это не соответствует резкому уменьшению поглощения, предполагаемому для Венеры в диапазоне от 365 до 455 нм.
|
|
|
|
"Если наблюдаемое поглощение света обусловлено сопряженным органическим веществом, то относительно резкий профиль поглощения соответствует химически определенному поглотителю, который сопротивляется превращению в смолоподобную смесь, которую мы обычно наблюдаем при растворении органических веществ в концентрированной серной кислоте", - сказал Спейсек.
|
|
|
|
"Парадоксально, но, наложив дополнительные ограничения на неизвестный поглотитель, мы могли бы сделать тайну еще более интригующей", - сказал Януш Петковский из Вроцлавского университета науки и технологии, Польша.
|
|
|
|
"Эта модель накладывает жесткие ограничения на любой предлагаемый поглотитель, - сказал Пол Б. Риммер (Paul B. Rimmer) из Кембриджского университета, Великобритания. - Многие из предлагаемых неорганических компонентов-кандидатов должны присутствовать в очень высоких концентрациях, чтобы обеспечить требуемое поглощение".
|
|
|
|
Полученные данные не свидетельствуют о том, что в облаках Венеры существует жизнь, равно как и о том, что поглотитель имеет органическую природу. Вместо этого исследование устанавливает количественные требования, которым должен соответствовать любой кандидат — органический или неорганический, — в том числе по эффективности поглощения, концентрации, распределению в атмосфере и совместимости с реалистичным распределением частиц в облаках по размерам.
|
|
|
|
Эти ограничения теперь можно проверить экспериментальным путем и, в конечном счете, с помощью непосредственного исследования. Инициатива Morning Star Missions to Venus направлена на разработку методов исследования химического состава облаков Венеры на месте, включая поиск сложных органических молекул и проведение измерений, связанных с неизвестным поглотителем.
|
|
|
|
Для миссии Rocket Lab к Венере планируется использовать автофлуоресцентный нефелометр, предназначенный для поиска флуоресценции в частицах облаков Венеры, которая, как ожидается, связана с органическими молекулами.
|
|
|
|
Источник
|
