Вчені дізналися, звідки на Венері стільки дейтерію

Міжнародна група вчених провела дослідження кількості дейтерію в атмосфері Венери за допомогою інструменту Solar Occultation in the Infrared на зонді Venus Express Європейського космічного агентства. Отримані дані дозволили побудувати модель механізму протікання водного циклу планети та вказали на важливість включення до моделі процесів, що залежать від висоти, для точних прогнозів еволюції співвідношення дейтерій/водень.

Сьогодні Венера – сухий, ворожий світ. Тиск на ній майже в 100 разів вищий, ніж на Землі, а температура поверхні приблизно 460°C. Атмосфера планети надзвичайно суха та прихована під хмарами сірчаної кислоти та водяних крапель. Більшість води знаходиться під цими шарами хмар і всередині них. Однак Венера, можливо, колись була схожа на Землю за поширеністю води.

Вивчення напівважкої та звичайної води на Венері допомагає вченим відновити її водну історію. Напівважка вода, гідроксид дейтерію, має ту ж хімічну формулу, що і звичайна вода H₂O, але замість двох атомів протию, найпоширенішого ізотопу водню з атомною масою один, кисень з’єднаний з одним атомом водню та одним атомом дейтерію, важкого ізотопу водню, D. У атома дейтерію в ядрі є додатковий нейтрон, його атомна маса — два, а напівважка вода має позначення HDO.

Співвідношення HDO/H₂O в основній атмосфері Венери в 120 разів більше, ніж Землі, що вказує на значне збагачення дейтерієм з часом. Цей факт може говорити про існування великої кількості вологи на поверхні Венери у минулому. Сухість планети в першу чергу пов’язана з тим, що сонячна радіація руйнує обидва варіанти води у верхніх шарах атмосфери, утворюючи атоми водню (H) і дейтерію (D).

Оскільки атоми H надзвичайно легкі, вони не утримуються в атмосфері та відлітають у космос, а співвідношення HDO/H2O _{поступово} зростає. Щоб визначити, скільки H і D випаровується, дослідники вимірюють кількість варіантів води на висотах, де сонячне світло може їх руйнувати. Фіксацію кількісних значень проводять у мезосфері над хмарами на висотах понад 70 кілометрів.

При вимірах за допомогою зонда Venus Express дослідники виявили дві несподівані закономірності: концентрації H ₂ O і HDO збільшуються з висотою на рівні 70-110 кілометрів, а співвідношення HDO/H ₂ O стає на порядок більшим і досягає показників, що більш ніж у 1500 разів перевищують земні.

Велика кількість дейтерію може пояснити поведінку аерозолів гідратованої сірчаної кислоти (H₂SO₄), яка утворюється в області з температурами нижче за точку випадання роси сірчистої води. Таке середовище призводить до утворення аерозолів за участю дейтерію, що вже знаходиться в прохолодній області. Частки, що виходять, піднімаються на висоту, де підвищені температури змушують їх випаровуватися, вивільняючи більш значну частку HDO в порівнянні з H₂O. Потім пара переноситься назад вниз, порівняно холодні умови, перезапускаючи цикл.

Найважливішими дослідники назвали два висновки. По-перше, зміни висоти відіграють вирішальну роль у визначенні розташування запасів дейтерію та водню. По-друге, підвищене співвідношення HDO/H₂O у результаті збільшує викид дейтерію. Ці результати припускають, що включення до моделі процесів, що залежать від висоти, необхідне для точних прогнозів зміни співвідношення D/H в атмосфері Венери.

Розуміння еволюції природних умов Венери та історії води на ній допоможе нам зрозуміти, що робить планету придатною для життя. Це знання своєю чергою вкаже на те, як не дозволити Землі переродитися в непривітну Венеру. Дослідження опубліковано у виданні Proceedings of the National Academy of Sciences.