Venus Express открыл изотопы воды в атмосфере Венеры, что ставит под сомнение её прошлую пригодность для жизни

Благодаря наблюдениям с помощью прибора для наблюдения за солнечным затмением в инфракрасном диапазоне (SOIR) на космическом зонде Venus Express Европейского космического агентства (ESA) учёные обнаружили неожиданное увеличение содержания двух видов молекул воды: H2O и HDO (дейтерированной воды), а также их соотношения HDO/H2O в мезосфере Венеры. Это открытие бросает вызов пониманию истории воды на планете и шансам на то, что Венера когда-то могла бы быть пригодна для жизни.

В настоящее время Венера является сухой планетой, с почти в сто раз большим давлением, чем на Земле, и температурой около 460°C. Атмосфера Венеры, наполненная густыми облаками серной кислоты и капель воды, очень сухая, большая часть воды находится ниже и внутри этих слоёв облаков. Однако, возможно, Венера когда-то содержала столько же воды, сколько и Земля.

Хироки Карю, исследователь из Университета Тохоку, отмечает: «Венеру часто называют "близнецом Земли" из-за схожих размеров, но несмотря на сходство между двумя планетами, они развивались по-разному. В отличие от Земли, на поверхности Венеры царит экстремальная жара».

Исследование содержания молекул H2O и её тяжёлого изотопа HDO позволяет лучше понять историю воды на Венере. Принято считать, что изначально Венера и Земля имели схожее соотношение HDO/H2O. Однако соотношение, наблюдаемое в основной атмосфере Венеры (ниже 70 км), в 120 раз выше, что указывает на значительное обогащение дейтерием со временем.

Это обогащение в первую очередь происходит из-за того, что солнечная радиация разрушает изотопологи воды в верхних слоях атмосферы, производя атомы водорода (H) и тяжёлый изотоп водорода дейтерия (D). Поскольку атомы H легче улетают в космос из-за их меньшей массы, отношение HDO/H2O постепенно увеличивается.

Чтобы определить, сколько H и D улетучивается в космос, важно измерить количество изотополов воды на высотах, где солнечный свет может их разрушить, что происходит над облаками на высотах более ~70 км. Исследование, выявило два удивительных результата: концентрации H2O и HDO увеличиваются с высотой от 70 до 110 км, а соотношение HDO/H2O значительно возрастает на порядок в этом диапазоне, достигая уровней, более чем в 1500 раз превышающих показатели в океанах Земли.

Предложенный механизм для объяснения этих результатов включает поведение аэрозолей гидратированной серной кислоты (H2SO4). Эти аэрозоли образуются непосредственно над облаками, где температура опускается ниже точки росы сернистой воды, что приводит к образованию аэрозолей, обогащённых дейтерием. Эти частицы поднимаются на большую высоту, где повышенная температура заставляет их испаряться, высвобождая более значительную долю HDO по сравнению с H2O. Затем пар переносится вниз, перезапуская цикл.

Исследование подчёркивает два ключевых момента. Во-первых, изменения высоты играют решающую роль в определении резервуаров D и H. Во-вторых, повышенное отношение HDO/H2O увеличивает выброс дейтерия, влияя на долгосрочную эволюцию отношения D/H. 

Понимание эволюции обитаемости Венеры и истории поможет понять факторы, которые делают нашу планету пригодной для жизни, и узнать, как не дать Земле последовать по стопам её «близнеца».