Атомарный кислород в атмосфере Венеры предсказали сначала теоретические модели, а позже непосредственно подтвердили наблюдениями на ночной стороне планеты. Некоторое время ученые считали, что кислород почему-то не образуется на дневной стороне (хотя должен), но теперь они получили новое понимание динамики и схем циркуляции газов и говорят, что все-таки он присутствует повсюду.
Смотрите также Миссия "Юнона" обнаружила органические молекулы и гидратированные соли на поверхности Ганимеда
Сначала немного о Венере
Венера во многом похожа на Землю, но в чем-то кардинально отличается. Ее масса и состав сходны с земными, но если Земля пышная, зеленая, влажная и полнится жизнью, то Венера — это смертельная ловушка для любого живого существа. Она покрыта густыми, душными облаками, состоящими в основном из углекислого газа, создавая парниковый эффект, который приводит к средней температуре поверхности около 464 градусов по Цельсию.
Эти облака выпадают на Венеру кислотными дождями, а вся атмосфера вращается вокруг планеты с огромной скоростью. Ветры там могут дуть со скоростью около 700 километров в час. На Земле самая высокая скорость ветра, когда-либо зафиксированная, была ураганным порывом в 407 километров в час.
Наука не знает, как Венера и Земля стали такими разными, но изучение нашей соседки может помочь выяснить это. Была ли Венера когда-то на том же пути, что и Земля, и где-то свернула не туда? Или она была злым близнецом с самого начала? Понимание атмосферы Венеры может помочь нам понять различия между ней и Землей, а один из способов сделать это – проследить за кислородом.
Атомарный кислород не похож на тот, которым мы дышим. Кислород, который мы его вдыхаем, то есть O2, состоит из двух атомов кислорода, связанных между собой. Атомарный же состоит из отдельных, одиноких атомов, и не может существовать отдельно очень долго, ведь он очень химически активен и легко соединяется с другими атомами. На Земле, его много на больших высотах, где он образуется в результате фотодиссоциации молекулярного кислорода — когда солнечные фотоны расщепляют атмосферный O2.
Считается, что подобный процесс происходит и на Венере. Ее атмосфера состоит преимущественно из углекислого газа. Когда солнечный свет попадает на этот CO2, фотодиссоциация расщепляет молекулы на атомарный кислород и монооксид углерода (О и CO). Угарный газ также подвергается фотодиссоциации. Когда эти атомы движутся к ночной стороне Венеры, они рекомбинируются в углекислый газ — процесс, который вызывает свечение ночной стороны планеты. Атомарный кислород наблюдался как часть этого процесса, но никогда раньше не встречался на дневной стороне, что очень странно, учитывая то, что для образования атомарного кислорода нужен свет.
Детали открытия
Команда ученых изучала данные, собранные Стратосферной обсерваторией инфракрасной астрономии (SOFIA), летающей высоко в атмосфере Земли. Она совершила три отдельных полета, собрав данные о 17 местах на Венере: семь на дневной стороне, девять на ночной стороне и одно на терминаторе (то есть посередине).
Во всех 17 точках команда обнаружила атомарный кислород, концентрация которого достигает пика на высоте около 100 километров – над облаками, в своеобразной переходной зоне планеты, которая находится непосредственно между двумя доминирующими моделями атмосферной циркуляции на Венере: мощным суперобертовым потоком ниже 70 километров, который вращается вопреки вращению планеты, и субсолнечным-антисолнечным потоком в верхних слоях атмосферы выше 120 километров.
Будущие наблюдения, особенно вблизи антисолнечных и субсолнечных точек, а также под всеми углами солнечного зенита, дадут более детальную картину этого региона и будут полезны для будущих миссий на Венеру. Вместе с измерениями атомарного кислорода в атмосферах Земли и Марса эти данные могут помочь улучшить наше понимание того, как и почему атмосферы Венеры и Земли так сильно отличаются, хотя обе находятся в примерно одинаковой пригодной для жизни зоне.