Американские ученые разгадали тайну почти полного исчезновении воды в атмосфере Венеры. Компьютерное моделирование показало, что этому способствовал процесс, позволяющий отдельным быстрым атомам водорода улетать из атмосферы в космос, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature.
Несмотря на схожесть Венеры по размерам и составу пород с Землей, эта планета известна своим экстремально жарким климатом и почти полным отсутствием воды. Если всю воду на Земле распределить ровным слоем по планете, то толщина этого слоя будет равна примерно трем километрам. Если то же самое представить на Венере, толщина этого слоя воды (global equivalent layer, GEL), содержащейся исключительно в атмосфере, окажется равна всего трем сантиметрам.
«На Венере в 100 тыс. раз меньше воды, чем на Земле, хотя она имеет схожую массу и размеры», — считает Майкл Чаффин из Колорадского университета в Боулдере, решивший понять, куда на Венере исчезла почти вся вода.
Долгое время считалось, что основная масса воды в атмосфере Венеры улетучилась в космическое пространство за счет гидродинамического истечения. Однако этот процесс не способен объяснить почти полное исчезновение воды, наблюдаемое на Венере в наши дни — он перестает работать при параметре GEL, равном 10-100 метрам.
В своем исследовании ученые использовали компьютерное моделирование, рассмотрев Венеру как гигантскую химическую лабораторию со множеством разнообразных реакций, протекающих в атмосфере планеты. Моделирование показало, что важнейшую роль в исчезновении воды играет HCO+ — положительно заряженный ион, состоящий из атомов водорода, углерода и кислорода. Вскоре после своего образования Венера обладала довольно большим объемом воды, однако в определенный момент облака углекислого газа запустили на ней мощнейший в Солнечной системе парниковый эффект, из-за которого температура атмосферы поднялась до 500 градусов Цельсия, а большая часть воды испарилась и улетучилась в космическое пространство.
За исчезновение оставшейся части воды ответственен другой процесс. Ученые показали, что в верхних слоях атмосферы молекулы воды, реагируя с углекислым газом, образуют ионы HCO+. Однако долго эти ионы не живут, а встречают на своем пути свободные электроны. В результате происходит так называемая рекомбинация, в ходе которой высвобождаются отдельные атомы водорода, способные покидать верхние слои атмосферы в космическое пространство.
Описанный механизм никогда ранее не подтверждался в ходе наблюдений потому, что все отправлявшиеся к планете миссии не имели на борту инструментов, регистрирующих в атмосфере ионы HCO+. Расчеты показали, что описанный механизм заставляет Венеру терять воду в два раза более интенсивно, чем описанные ранее способы.
«Один из неожиданных выводов этой работы состоит в том, что HCO+ должен быть одним из наиболее распространенных ионов в атмосфере Венеры», — считают авторы исследования.
Зарегистрировать эти ионы в будущем ученые надеются с помощью миссии DAVINCI, запуск которой NASA планирует на конец десятилетия.