Вчені побудували 3D-модель атмосфери Венери, якою вона була на початку свого існування. Моделювання показало, що через те, що на нічному боці Венери утворювався потужний хмарний покрив, вода на її поверхні ніколи не конденсувалася й океани на її поверхні ніколи не утворювалися. Такі висновки зробили у дослідженні, опублікованому у Nature.
ESA
Що думали про воду на Венері досі?
Зараз на поверхні Венери води у рідкому стані немає. Щодо того, чи була вона колись, думки вчених досі розходилися, адже достеменно невідомо, як змінювалися умови на Венері протягом її історії. Дослідження співвідношення дейтерію до водню у сучасній атмосфері Венери показують, що на початку її існування води було достатньо для того, аби рівномірно вкрити усю поверхню Венери шаром від 4 до 500 метрів. Це значно менше, ніж на Землі, але все одно означає можливість існування цілих озер чи морів. Досі вчені переважно моделювали можливість існування океанів на поверхні Венери виходячи з умов того, що вода з поверхні повністю не випарується. У своїй новій роботі дослідники з Сорбони, Університету Женеви та Університету Бордо відмітили, що для того, щоб океани могли випаруватися, вони спочатку мають конденсуватися з водяної пари. Тому вони взялися за свторення кліматичної 3D- моделі Землі і Венери, яка б врахувала вплив атмосферної циркуляції і хмар як ключових стабілізаторів клімату, і які можна буде порівняти.
Чи могла на поверхні Венери конденсуватися вода?
Свої 3D- моделі атмосфери Венери та Землі дослідники побудували на тому факті, що спочатку свого існування обидві планети були розжареними внаслідок первинного розігріву надер, тому уся вода знаходилася у вигляді пари в атмосфері. Відповідно до цього змінилися умови конденсації та конвективного перенесення води в атмосфері. Якщо на сучасній Землі, де існують океанічні ділянки, перенесення здійснюється переважно у рамках однієї невеличкої комірки, розмір якої обмежується кількома тисячами кілометрів, то в умовах повного випаровування води, домінувала одна величезна комірка, яка особливо була помітна на Венері із її невеликим вмістом води в атмосфері.
Хмари відіграють у цій моделі подвійну роль. На денному боці вони створюють альбедо і відбивають частину сонячної радіації у космос. На нічному боці все навпаки – хмари заважають тепловій енергії атмосфери випромінюватися у космос і зберігають тепло. На сучасній Землі, де хмари розташовані більш-менш випадковим чином, основна частина випромінення тепла у космос відбувається на нічному боці, внаслідок чого на ньому відбувається охолодження атмосфери. А вже охолодження атмосфери призводить до конденсації водяної пари з атмосфери, наслідком чого є, наприклад, випадіння роси.
Нова модель показала, що в умовах, коли уся вода знаходиться в атмосфері в умовах пари нічний бік має бути вкритим щільною «ковдрою» з хмар, внаслідок чого охолодження атмосфери й конденсації вологи не відбувається.
Чому на Землі утворилися океани, а на Венері – ні?
Побудована модель вказує на те, що температурні перепади, викликані обертанням планети навколо своєї вісі не могли сприяти конденсації води в океани. І критичною тут є величина інсоляції, тобто кількості сонячного світла, яке падає на планету. Для того, щоб океани утворилися, величина інсоляції має становити не більше 312,5 Ват на метр квадратний. Але це значення вище не тільки реального значення сучасної інсоляції Венери, яка становить 500, але і інсоляції на сучасній Землі, яка становить 340 Ват на метр квадратний.
Пояснити, чому ж океани на Землі все ж утворилися можна за допомогою парадоксу слабкого молодого Сонця. Річ у тім, що відповідно до моделі еволюції Сонця чотири мільярди років тому його світимість становила лише 75 відсотків від сучасної. Парадоксом є те, що Земля при цьому мала б замерзнути назавжди, але цього не сталося крім кількох глобальних зледенінь, відомих як «земля-сніжок». Більше про цей етап історії нашої планети, де і моря, і континенти були вкриті товстим шаром льоду, можна почитати у нашому матеріалі «Коли Земля була сніжкою.».
В умовах же нової моделі парадокс слабкого молодого Сонця дозволяє пояснити, як пара у первісній атмосфері Землі все ж могла конденсуватися. Бо при зниженні інсоляції на 25 відсотків її значення стає нижчим за те, при якому вже стає можливим утворення океанів. А на Венері такого зниження виявляється недостатньо, бо навіть при ньому інсоляція складає 325 Ват на метр квадратний, що вище критичної позначки. І Венера у такій моделі лишається без океанів назавжди.
Не зважаючи на разючу подібність Венери до Землі, очевидно, вона розвивалася за совсім інакшим сценарієм. Так, наприклад, нещодавно ударний кратер вказав на відсутність руху літосферних плит на Венері у минулому, що втім, могло і не заважати їй бути придатною для життя у перші 900 мільйонів років. Але за умови, що вона могла мати на поверхні воду. Зараз водна активність навіть у її хмарах виявляється занизькою для життя через високу кількість сірчаної кислоти, а тому і знайдений фосфін в атмосфері схильні пояснювати вулканізмом чи помилкою інтерпретації даних.