Фото: ScienceDaily
В обычном видимом свете Венера выглядит бледно-жёлтой, однако в ультрафиолетовом диапазоне картина резко меняется. В верхних облаках планеты, состоящих из серной кислоты, наблюдаются тёмные и светлые образования. Эти узоры известны учёным около ста лет, но вещество, которое их создаёт и получило название «неизвестный поглотитель», до сих пор не установлено.
Международная группа исследователей установила новые численные ограничения для свойств этого загадочного материала. Сопоставив наблюдения Венеры с моделью радиационного переноса, специалисты рассчитали, насколько сильно жидкость внутри облачных капель должна поглощать ультрафиолетовое и синее излучение, чтобы соответствовать данным космических аппаратов и телескопов. Работа опубликована в журнале Astrobiology.
Руководитель исследования Ян Спачек из Фонда прикладной молекулярной эволюции (США) предложил рассмотреть облачный материал так, как если бы капли удалось собрать в спектрометрическую кювету и изучить как объёмную жидкость. По его словам, модель фактически отвечает на вопрос, что произошло бы при помещении такого материала в лабораторный спектрометр, поскольку поглощение света в объёмной жидкости может быть связано с концентрацией светопоглощающего вещества в растворе. Различие принципиально: облако может выглядеть совсем иначе, чем составляющий его материал. Примером служит сигаретный дым — он кажется белым из-за эффективного рассеяния света субмикронными частицами, но в собранном виде превращается в плотную тёмную смолистую массу.
Для сопоставления учёные объединили наблюдения Венеры с моделью радиационного переноса, отслеживающей многократное рассеяние и поглощение света облачными каплями и молекулами атмосферы. Астрономические измерения затем перевели в величину, привычную для лабораторной УФ-видимой спектроскопии, — коэффициент поглощения жидкости, из которой состоят капли. Как пояснила Ён Джу Ли из Группы планетных атмосфер Института фундаментальных наук (Южная Корея), выполнившая расчёты по модели, облачные частицы Венеры очень эффективно рассеивают солнечный свет, поэтому яркость, наблюдаемая из космоса, не может напрямую сравниваться с поглощением объёмной жидкости в лаборатории. Учёт рассеяния и поглощения частицами и атмосферой позволяет оценить, насколько сильно должна поглощать свет сама жидкость капель. В смоделированном диапазоне длин волн 365–455 нм требуемый десятичный коэффициент поглощения достигает примерно 1278 см⁻¹ на длине волны 375 нм.
Это очень жёсткое условие: неизвестный поглотитель должен либо чрезвычайно эффективно поглощать свет, либо присутствовать в каплях в очень высокой концентрации, либо соответствовать обоим требованиям одновременно. Одним из возможных классов таких веществ являются сильно поглощающие сопряжённые органические молекулы, где «органический» означает лишь углеродную основу и не указывает на происхождение из жизни. Для молекул с поглощающей способностью, близкой к эффективным порфириноидным пигментам, необходимая концентрация составила бы около 10 граммов на литр. Исследователи подчёркивают, что не предполагают наличие хлорофилла, гема или какого-либо конкретного биологического пигмента в тёмных ультрафиолетовых образованиях Венеры — эти соединения служат лишь удобными ориентирами как примеры эффективно поглощающих свет молекул.
Форма спектра поглощения Венеры даёт ещё одну важную подсказку. Простые органические соединения в концентрированной серной кислоте могут реагировать с образованием тёмных химически сложных смолистых смесей, однако такие смеси обычно поглощают свет широко по всему видимому диапазону, приобретая коричневый или чёрный цвет. Это не соответствует картине, выведенной для Венеры, где поглощение резко падает между 365 и 455 нм. Как отметил Спачек, если наблюдаемое поглощение связано с сопряжённым органическим веществом, относительно резкий профиль согласуется с химически определённым поглотителем, устойчивым к превращению в смолистую смесь, обычно наблюдаемую у органики, растворённой в концентрированной серной кислоте.
Результаты не выявляют неизвестный поглотитель напрямую, а лишь сужают список правдоподобных кандидатов. Яннуш Петковски из Вроцлавского научно-технического университета (Польша) заметил, что, добавляя ограничения, исследователи, возможно, сделали загадку ещё более интригующей. Неорганические версии также сталкиваются с трудностями: Пол Риммер из Кембриджского университета (Великобритания) указал, что модель предъявляет жёсткие требования к любому предлагаемому поглотителю, и многим неорганическим кандидатам пришлось бы присутствовать в очень высоких концентрациях. Полученные данные не доказывают существование жизни в облаках Венеры и не устанавливают, что загадочный поглотитель имеет органическую природу. Вместо этого работа задаёт конкретные количественные требования к любому материалу — как органическому, так и неорганическому: насколько эффективно он поглощает свет, какова должна быть его концентрация, где он распределён в атмосфере и может ли он реально существовать в наблюдаемом диапазоне размеров облачных частиц.
Проверить эти ограничения теперь можно в лабораторных экспериментах, а со временем — сопоставить с измерениями непосредственно в атмосфере Венеры. Инициатива Morning Star Missions to Venus разрабатывает методы изучения химии венерианских облаков на месте, включая поиск сложных органических молекул и измерения, способные помочь определить неизвестный поглотитель. Один из планируемых приборов — автофлуоресцентный нефелометр — предназначен для проверки облачных частиц Венеры на флуоресценцию, которую связывают с органическими молекулами; его предполагается отправить в рамках миссии компании Rocket Lab к Венере. Связывая дистанционные наблюдения с лабораторной химией и будущими измерениями с борта аппаратов, исследование открывает новый путь к разгадке одной из давних тайн Венеры.