Астрономія
Астрономія

Аміак може перетворити хмари Венери на придатні для життя

Згідно з новим дослідженням, непридатне для життя сірчане середовище в атмосфері Венери може нейтралізовувати аміак. Він пояснить атмосферні аномалії розподілу водяної пари та сірки на планеті, а ще зможе створити «кишені», придатні для венеріанського життя. Вчені вважають, що аміак розчиняється в краплях сірчаної кислоти, нейтралізуючи її і перетворюючи на сульфіт амонію. Так деякі місця в атмосфері Венери можуть бути схожі не на руйнуюче кисле середовище, а на цілком придатну для життя земних екстремофілів оболонку. Робота опублікована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

J. Petkowska

J. Petkowska

Як там з життям на Венері?

Венеру часто називають сестринською планетою Землі через те, що вони схожі за масою та розміром. Однак на цьому їхня схожість закінчується і починається відмінність, що яскраво впадає в очі — занадто гаряча для води і життя температура на Венері в 700 кельвінів.

Венера постійно огорнута шаром хмар глибиною близько 20 кілометрів, хоча на висоті від 48 до 60 кілометрів шари набагато приємніші для життя за температурою.

Однак знайдені пари сірчаної кислоти натякають, що хмари Венери складаються з крапель концентрованої сірчаної кислоти. Тож досить важко уявити собі життя, яке справилося б у таких агресивних умовах.

Тим не менше, вчені розмірковують про Венеру як про придатний для життя світ вже понад півстоліття, а цього року ці надії лише підкріпила новина про знайдений в атмосфері Венери потенційний біомаркер фосфін, який, втім, вже охрестили діоксидом сірки та назвали наслідком вулканізму. І всі ці дослідження при цьому не пояснюють атмосферних аномалій на Венері із вмістом водяної пари та сірки, які у своїй новій роботі дослідники Массачусетського технологічного інституту, Кардіффського та Кембриджського університетів пропонують пояснити наявністю аміаку, що водночас дасть нову надію на доцільність пошуків життя на планеті.

Що не так з атмосферою Венери?

Крім цілком переконливих свідчень на користь того, що атмосфера Венери занадто екстремальна для життя, вона ще має низку аномалій, які або погано підходять для існуючих моделей, або зовсім не мають пояснень. Однією з таких давніх загадкових особливостей атмосфери, яка погано пояснюється хімічними моделями, є вміст водяної пари та діоксиду сірки.

Сама по собі наявність цих речовин не дивна і пояснюється вулканізмом, але коли гази вивергають вулкани, вони поступово вертикально перемішуються по всій атмосфері. А згідно зі спостереженнями, пару можна знайти в усіх шарах атмосфери, у той час як діоксиду сірки над хмарами меншає. Це при тому, що діоксиду сірки вп'ятеро більше за вміст водяної пари, що мало б не лише видалити всю воду з хмарного шару, а і запобігати її накопиченню над хмарами. У підсумку ці реакції зменшили б кількість діоксиду сірки лише на 20 відсотків, а не на спостережувані 99. Все це вказує на явну хімічну нерівновагу у хмарах Венери, для якої досі немає єдиного механізму на пояснення.

Самі хмари також вимагають пояснень своїм складам — Pioneer Venus (Pioneer 13) у щільних венеріанських хмарах знайшов великі частинки, які не можуть складатися виключно з рідкої концентрованої сірчаної кислоти. І незважаючи на все це, найбільш загадковою є присутність аміаку, газу, який був попередньо виявлений у 1970-х роках зондами Venera 8 та Pioneer Venus і для природної появи якого на Венері немає жодних причин.

До чого тут аміак?

У своїй роботі вчені розвинули ідею, що аномалії можна пояснити пилом. Вважається, що мінерали, віднесені з поверхні Венери в хмари, можуть взаємодіяти з сірчаною кислотою, викликаючи деякі, хоч і не всі аномалії, що спостерігаються. Але навіть якщо пил з Венери і здатен зніматися у результаті вулканізму чи вітру, такі механізми не зможуть принести в атмосферу необхідної для реакцій кількості мінеральних солей (зокрема, оксидів заліза) – близько 20 тонн на секунду.

Нова робота продовжує думку що причина порушення хімічного балансу в атмосфері Венери, може генеруватися в хмарах, таким чином нейтралізуючи діоксид сірки і пояснюючи його відсутність над ними. Дослідники змоделювали набір хімічних процесів, щоб показати, що якщо аміак дійсно присутній, газ викличе каскад хімічних реакцій, які нейтралізують оточуючі краплі сірчаної кислоти, а також можуть пояснити більшість аномалій, що спостерігаються у венеріанських хмарах.

Потрапляючи в хмари, аміак розчиняється у краплях сірчаної кислоти, ефективно нейтралізуючи кислоту, перетворюючи частинки на придатні для життя. Введення аміаку в краплі перетворює їх раніше круглу рідку форму у несферичну, солеподібну суспензію. А тільки-но аміак розчиняється в сірчаній кислоті, реакція може викликати розчинення оточуючого діоксиду сірки.

Уявлення художника про повітряну біосферу в шарах хмар на Венері. Гіпотетичне мікробне життя знаходиться всередині захисних частинок хмар і розноситься вітрами по всій планеті / J. Petkowska

Уявлення художника про повітряну біосферу в шарах хмар на Венері. Гіпотетичне мікробне життя знаходиться всередині захисних частинок хмар і розноситься вітрами по всій планеті / J. Petkowska

Звідки взятися аміаку?

Втім, вчені відзначають, що такі джерела, як блискавка, виверження вулканів і навіть удар метеориту, не можуть хімічно виробляти кількість аміаку, необхідну для пояснення аномалій. Тому вони вважають, що ці процеси можуть бути результатом біологічного виробництва аміаку в хмарних краплях — життя саме створило собі умови для життя. Адже в результаті утворюються хмари не більш кислі, ніж деякі екстремальні земні середовища, в яких живе життя.

Перевірити свою теорію вчені зможуть протягом кількох років за допомогою місій Venus Life Finder. Вони вже зараз відзначають, що майбутнім зондам необхідно встановити наявність аміаку в хмарних шарах Венери, визначити невідомі частки як солі аміаку і пошукати в них органічні молекули. Поки що ця робота є первинним аналізом даних про аміак в атмосфері Венери, що дозволяє їх так інтерпретувати.

Кругообіг аміаку в атмосфері Венери. Він виробляється локально в хмарах з атмосферного азоту і водяної пари метаболічно активними мікроорганізмами (чорні точки), що населяють краплі хмари (біле коло). William Bains / PNAS, 2021

Кругообіг аміаку в атмосфері Венери. Він виробляється локально в хмарах з атмосферного азоту і водяної пари метаболічно активними мікроорганізмами (чорні точки), що населяють краплі хмари (біле коло). William Bains / PNAS, 2021

Після новини про фосфін Венера знову стала популярною темою досліджень. Тому вчені і передивляються дані про її вулканізм, щоб пояснити ним появу у нових спостереженнях фосфіну. Або ж шукають сліди життя у ранніх етапах формування планети — так перші 900 мільйонів років на Венері визнали придатними для життя, бо вона могла утримувати атмосферний вуглекислий газ на достатньо низькому рівні, щоб підтримувати рідку поверхневу воду протягом майже мільярда років, чого вистачило б на розвиток життя, з огляду на земний сценарій. Втім, 3D-модель атмосфери Венери на початку її існування показала, що океани на планеті не змогли б сформуватися через парниковий ефект. Так і активність води у хмарах Венери виявилася занизькою для життя через сірчану кислоту.