Это изображение экваториальной Венеры, полученное японским зондом Акацуки, светящиеся звезды экваториальных, тропических и внетропических облаков планеты. Фото: JAXA/ISAS/DARTS/Damia Bouic
Как передает наш новостной портал, международная команда исследователей существенно ограничила круг возможных кандидатов на роль загадочного вещества, из-за которого на Венере формируются темные области в ультрафиолетовом диапазоне. Наблюдения за этими загадочными образованиями ведутся уже около минимума, однако идентифицировать вызывающий их материал, известный как «неизвестный поглотитель», до сих пор не удавалось.
В обычном, видимом свете Венера предстает перед нами в бледно-желтых тонах, но стоит перейти в ультрафиолетовый диапазон, как картина радикально меняется: сквозь верхние сернокислотные облака планеты проступают контрастные темные и светлые полосы.
Недавно международная группа экспертов, используя наблюдения Венеры в сочетании с моделированием переноса излучения, установила новые ограничения на свойства этого гипотетического материала. Согласно их выводам, чтобы соответствовать данным, полученным космическими аппаратами и телескопами, жидкое содержимое облачных капель должно эффективно поглощать ультрафиолетовый и синий свет.
Исследование, опубликованное в журнале Астробиология, подходит к задаче с неожиданной стороны. Его ведущий автор, доктор Ян Спейсек из Фонда прикладной молекулярной эволюции (США), задался вопросом: как выглядел бы материал облаков Венеры, если бы капли удалось собрать в спектрометрическую кювету и изучить как объемную жидкость? Ответ на этот вопрос важен, поскольку облако может сильно отличаться по оптическим свойствам от материала, из которого состоят его частицы.
Знакомый пример — сигаретный дым. Он может казаться белым из-за того, что его субмикронные частицы чрезвычайно эффективно рассеивают свет. Однако если эти частицы собрать внутри колбы, они образуют плотную суспензию сгоревшего табака — смолоподобный осадок. Облака Венеры могут вести себя по аналогичному оптическому принципу, поскольку распределение частиц по размерам в них сходно с таковым в сигаретном дыме. В результате облака, издалека кажущиеся бледно-желтыми, могут содержать жидкость, которая в концентрированном состоянии выглядит удивительно темной.
«Наша модель фактически задает вопрос, что произойдет, если мы сможем собрать этот облачный материал в кювету и поместить его в лабораторный спектрометр, — говорит ведущий автор Ян Спейсек. — Это важно, поскольку отношение света в объемной жидкости может коррелировать с концентрацией светопоглощающего вещества в растворе».
Моделирование переноса излучения и строгие ограничения
Чтобы сделать такое сравнение возможным, исследователи применили модель переноса излучения, отслеживающую, как свет многократно рассеивается и взаимодействует с каплями облаков и молекулами атмосферы. Затем астрономические измерения были преобразованы в величину, обычно используемую в лабораторной УФ-видимой спектроскопии: коэффициент поглощения жидкости, содержащейся в облачных каплях.
«Главное заключается в том, что частицы облаков Венеры очень эффективно рассеивают солнечный свет, поэтому яркость, наблюдаемую из космоса, нельзя напрямую сравнивать с концентрацией объемной жидкости, измеряемой в лаборатории, — пояснил доктор Ён Джу Ли из Группы планетарной атмосферы Института фундаментальных наук (IBS) Южной Кореи, выполнивший расчеты моделей переноса радиации. — Учитывая рассеяние и распределение частиц облаками и атмосферой, модель позволяет нам оценить, насколько сильно жидкие облачные капли должны поглощать свет».
В моделируемом диапазоне длин волн 365–455 нм требуемый декадный коэффициент поглощения достигает примерно 1278 см-1 при длине волны 375 нм. Это строгое требование: неизвестный поглотитель должен либо постоянно эффективно поглощать свет, либо присутствовать в очень малых концентрациях внутри капель, либо сочетать оба условия.
Одним из возможных классов веществ, способных к столь сильному взаимодействию с излучением, являются сильно поглощающие связанные органические молекулы. В данном контексте термин «органический» используется в его химическом значении.
т «основанный на углероде» и не указывает на то, что материал возник в результате жизни.
Для молекул с проявлением, в результате эффективной эффективности порфириноидных пигментов, необходимая концентрация получается примерно 10 граммов на литр.
Исследователи подчеркивают, что они не предполагают, что хлорофилл, гем или какой-либо конкретный биологический пигмент ответственны за темные ультрафиолетовые Венеры. Напротив, эти соединения являются ключевыми ориентирами, поскольку они представляют собой известные примерные молекулы, которые очень эффективно передают свет.
Форма независимости Венеры дает еще одну важную подсказку.
Простые органические соединения, помещенные в концентрированную серную кислоту, могут вызывать реакции с образованием темных и химических веществ, хоть и смолистых. смеси. Но эти смеси обычно учитывают свет в значительной степени видимого света, допуская коричневый или черный цвет.
Такое поведение не соответствует стандартам, предполагаемой для Венеры, где направление резко падает между 365 и 455 нм.
«Если отношение сторон обусловлено связанными органическими веществами, то резкий и относительной профиль политики соответствует процессу постепенного поглотителя, который превращается в смолоподобную смесь, которую мы обычно наблюдаем с органическими веществами, растворенными в концентрированной серной кислоте», — сказал он. — сказал Спейсек.
Новые ограничения усложняют загадку Венеры
Вместо того, чтобы мгновенно определить известный поглотитель, результаты делают список вероятных кандидатов более ограниченным.
«Как это ни парадоксально, но, наложив дополнительные ограничения на неизвестный поглотитель, мы могли бы сделать загадку еще более интригующей», — сказал он. Сказал Януш Петковский из Вроцлавского университета науки и технологий, Польша.
Неорганические объяснения также связаны с проблемами.
«Модель устанавливает жесткие ограничения на любой предлагаемый поглотитель», — сказал он. Пол сказал Б. Риммер из Кембриджского университета, Великобритания. «Многие из предлагаемых неорганических кандидатов должны использовать очень высокие концентрации, чтобы обеспечить необходимую независимость».
Важное замечание: результаты не показывают, что жизнь существует в облаках Венеры, и не установлено, что загадочный поглотитель является органическим.
Вместо этого исследования определены конкретные количественные требования, которые должны соответствовать любому предлагаемому материалу, будь то органический или неорганический. К этому моменту в настоящее время эффективно он наблюдает за светом, в настоящее время он должен быть концентрированным, где он превращается в атмосферу, и может ли он реально существовать в условиях наблюдения за размерами облачных частиц.
Будущие миссии могут напрямую проверить тайну
Теперь учёные могут проверить эти ограничения в лабораторных экспериментах и в строгом порядке сравнить их с измерениями, сделанными непосредственно в атмосфере Венеры.
Инициатива «Миссии «Утренняя звезда» на Венере» разрабатывает методы изучения химического состава облаков Венеры на месте. Эти усилия включают в себя поиск сложных точных молекул и измерений, которые могут помочь идентифицировать неизвестный поглотитель.
Один из запланированных инструментов, автофлуоресцентный нефелометр, предназначенный для исследования частиц облаков Венеры на объекте флуоресценции, который, как мы ожидаем, связан с органическими молекулами. Планируется миссия Ракетная лаборатория на Венеру.
Связывание наблюдений издалека с лабораторной химией и будущими измерениями спутниковых аппаратов, исследование открывает новый путь к разгадке одной из самых давних загадок Венеры.