Венера виглядає блідо-жовтою у видимому світлі, але ультрафіолетові знімки показують драматичні темні та яскраві візерунки, що рухаються разом із верхніми хмарами сірчаної кислоти планети. Вчені знають про ці позначки вже близько століття, але хімічна природа матеріалу, що їх викликає — «невідомий поглинач» — досі не встановлена.
Загадковий поглинач світла
Як повідомляє сайт phys.org, міжнародна команда дослідників встановила нові кількісні обмеження щодо властивостей цього загадкового поглинача. Поєднуючи спостереження Венери з моделлю радіаційного переносу, дослідники оцінили, наскільки сильно рідина всередині крапельок у хмарах планети повинна поглинати світло, щоб відтворити спостережене ультрафіолетове та синє відбиття планети.
Опубліковане дослідження підійшло до цієї загадки з нового боку. Було використано модель для відповіді на питання, поставлене головним автором, доктором Яном Спачеком: «Якщо б ми зібрали краплі хмар Венери у спектрометричну кювету, яким би здавалося відновлене рідке тіло?»
Від яскравих хмар до темної рідини
Різниця між тим, як виглядає хмара, і тим, як її матеріал виглядає в масі, може бути вражаючою. Наприклад, дим від сигарет здається білим, бо його субмікрометрові частинки дуже ефективно розсіюють світло. Проте коли частинки диму збирають у колбі, вони утворюють густу суспензію згорілого тютюну — щось на кшталт смоляної тістоподібної маси.
Схожий оптичний принцип діє і для хмар на Венері, адже розподіл розмірів їхніх частинок порівняний із димом від сигарет. Тому, навіть якщо хмари здаються блідо-жовтими для далекого спостерігача, рідина, що утворює краплі хмар, може виявитися надзвичайно темною.
«Наша модель фактично ставить питання: що сталося б, якби ми могли зібрати цей хмарний матеріал у кювету і помістити її в лабораторний спектрометр», — сказав головний автор Спачек з Фонду прикладної молекулярної еволюції США. «Це важливо, оскільки поглинання світла у великій рідині може бути пов’язане з концентрацією світлопоглинаючого матеріалу у розчині».
Дослідники поєднали спостереження Венери з моделлю перенесення радіації, яка враховує багатократне розсіювання хмарними крапельками та молекулами атмосфери. Вони перетворили астрономічні спостереження у величину, яка зазвичай вимірюється в лабораторній ультрафіолетово-видимій спектроскопії: коефіцієнт поглинання рідкої хмари.
Беручи до уваги розсіювання та поглинання частинками хмар і атмосферою, модель з даним коефіцієнтом дозволяє оцінити, наскільки сильно сама рідина у краплях хмар повинна поглинати світло.
Обмеження на властивості поглинача світла
У межах моделюваного діапазону 365–455 нм необхідний декадний коефіцієнт поглинання досягає приблизно 1,278 см⁻¹ при 375 нм. Це означає, що невідомий поглинач повинен або поглинати світло дуже ефективно, або перебувати у дуже високій концентрації, або обидва разом.
Високопоглинаючі кон’юговані органічні молекули могли б задовольнити цю вимогу. Тут під «органічними» маються на увазі сполуки на основі вуглецю, без обов’язкової біологічної природи. Молекули з властивостями поглинання світла, характерними для ефективних пірфіринових пігментів, потребували б концентрацій порядку 10 грамів на літр. Автори наголошують, що вони не пропонують хлорофіл, гем або будь-який конкретний біологічний пігмент як поглинач Венери; ці сполуки слугують лише знайомими прикладами ефективних світлопоглиначів.
Форма спектру забезпечує ще одне важливе обмеження. Простi органiчнi речовини, що піддаються впливу концентрованої сірчаної кислоти, можуть утворювати темні, хімічно складні «смоляні» суміші. Проте такі складні суміші, як правило, поглинають світло широко по всьому видимому спектру, виглядаючи коричневими або чорними. Це не відповідає різкому зменшенню поглинання, що спостерігається на Венері між 365 та 455 нм.
«Якщо спостережуване поглинання світла зумовлене кон’югованою органічною речовиною, то відносно різкий профіль поглинання узгоджується з хімічно визначеним абсорбером, який стійкий до перетворення у смоло-подібну суміш, яку ми зазвичай спостерігаємо з органікою, розчиненою у концентрованій сірчаній кислоті», — сказав Спачек.
Вчені зазначають, що багато з запропонованих неорганічних кандидатів повинні були б бути присутні в дуже високих концентраціях, щоб відповідати потрібному поглинанню.
Необхідність експериментальної перевірки на місці
Отримані результати не показують, що життя існує в хмарах Венери, і не доводять, що поглинач є органічним. Натомість дослідження встановлює кількісні вимоги, яким повинен відповідати будь-який кандидат — органічний чи неорганічний, включаючи ефективність поглинання, концентрацію, розподіл в атмосфері та сумісність з реальною розподіленістю розмірів хмарових частинок.
Ці обмеження тепер можна перевірити експериментально і, зрештою, через прямі дослідження. Ініціатива місій «Ранкова Зірка» до Венери розробляє методи на місці для вивчення хімії венеріанських хмар, включно з пошуками складних органічних молекул і вимірюваннями, що стосуються невідомого поглинача.
Автофлуоресцентний нефелометр, створений для пошуку у хмарних частинках Венери флуоресценції, яку очікують через наявність органічних молекул, планується до місії Rocket Lab на Венеру.
