• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
455
Сквозь зеркало Венеры к далеким экзопланетам

Сквозь зеркало Венеры к далеким экзопланетам

Первые полеты на Венеру дали понять, что человечеству лучше пока смотреть с почтительного расстояния на эту планету, оказавшуюся, вопреки ожиданиям, несовместимой с жизнью – не только для земных организмов, но даже для роботов. Смотреть и учиться видеть

Больше пятидесяти лет назад, в 1970 году, советский космический аппарат «Венера-7» совершил мягкую посадку на поверхность планеты. Попытки исследовать Венеру при помощи венероходов продолжались до середины 1980-ых годов, но потом все программы были свернуты. Условия на ее поверхности оказались губительны для техники – самый стойкий венерианский ровер смог проработать всего 127 минут, это был советский аппарат «Венера-13». Последние снимки поверхности поступили с американского аппарата «Магеллан» в начале 1990-ых годов.

«Любуйтесь мной издалека», сказала Венера, кутаясь в свое плотное покрывало из насыщенных ядовитыми парами облаков, «незачем вам ко мне лететь».

Прошло больше двадцати лет прежде, чем Венера снова позволила прикоснуться к своим тайнам. В 2010-ых годах ее исследовали с орбиты европейский космический аппарат «Венера-Экспресс» и японский «Акацуки» («Утренняя заря»). Они сделали ряд интересных открытий о структуре и динамике венерианской атмосферы, в частности «Венера-Экспресс» обнаружил в ней гидроксил, что подкрепило предположения о «химическом сходстве» Венеры с Землей. Но ни тот, ни другой аппараты не смогли проникнуть за ее облачные покровы. Многое в атмосфере Венеры по-прежнему остается загадкой.

А ведь именно в венерианской атмосфере – в отличие от поверхности – имеются условия, которые допускают наличие привычных нам форм жизни. Считается, что Венера стала нагреваться повторно (после первичного остывания) около 2,5 млрд. лет назад, а до этого на ней могла постепенно развиваться биосфера. По мере разогрева планеты простейшие организмы могли постепенно перебираться все выше и выше, в облачный слой. Гипотезу о возможности «облачной жизни» на Венере высказали еще в 1967 г. Г. Морковиц и К. Саган.

Однако надежда найти внеземную жизнь – это не единственная причина для сегодняшнего подъема интереса к полетам на Венеру. Другим важным фактором, который появился сейчас, но которого не было в конце XX века, стало открытие сначала экзопланет, а потом и их атмосфер. Когда в 1990-ых годах были обнаружены первые планеты у других звезд, мало кто верил в возможность увидеть у них атмосферу. Открытие телескопом Хаббла первой атмосферы у экзопланеты в 2002 г. казалось столь же фантастичным, как и открытие атмосферы у Венеры при помощи телескопа XVIII столетия, которое сделал Михаил Ломоносов в 1761 году. Сегодня интерес к Венере снова растет, потому что ее изучение поможет исследовать атмосферы у планет в системах других солнц.

В сентябре 2020 г. международная команда ученых-астрономов, изучивших данные наземных наблюдений венерианской атмосферы, полученных при помощи телескопа Джеймса Кларка Максвелла (JCMT) и радиотелескопа ALMA объявила о сенсационном открытии: они выявили в атмосфере Венеры фосфин.

Фосфин в атмосфере Венеры – взгляд художника. Credit: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada & NASA/JPL/Caltech

Фосфин (PH3) – это бесцветный, очень ядовитый газ с неприятным запахом, похожим на запах тухлой рыбы. Его можно найти в пингвиньем помете, в глубине болот и топей, в кишечнике некоторых видов барсуков и рыб

На газовых гигантах температура и давление достаточно высоки, чтобы фосфин мог образоваться путем случайных химических реакций. Действительно, в атмосферах Юпитера и Сатурна это вещество уже находили. Но на Венере давление хоть и высоко, но его все равно недостаточно, чтобы фосфин мог образоваться таким способом. Считается, что в венерианских условиях он может появиться только в результате деятельности живых существ. Это позволяет отнести его к биосигнатурам – признакам наличия жизни.

Как же астрономы смогли увидеть посредством наземных наблюдений, что в венерианской атмосфере содержится фосфин? А вот здесь выходит на сцену квантовая электродинамика, исследующая взаимодействие света и вещества. Эта наука, лежащая в основе современной химии, объясняет, каким образом у вещества возникают так называемые спектральные линии поглощения, которые можно пронаблюдать с Земли в телескоп-спектрограф. Молекулы поглощают фотоны, или кванты света, со строго определенной длиной волны, потому что они с такими фотонами резонируют. Иначе говоря, именно эти фотоны дают электронам необходимую порцию энергии, чтобы совершить переход на орбиталь с более высоким энергетическим уровнем.

Можно сказать, что свет – это «еда» для молекул. Ученые смотрят, что молекулы «едят», и заключают, какого вида молекулы перед ними. По принципу – «мы есть то, что мы едим». Считается, что разные молекулы «едят» строго разную «пищу». Говоря научным языком, у каждой молекулы свой строго определенный набор линий поглощения. Но разница во «вкусовых предпочтениях» разных видов молекул может быть очень маленькой. Именно такая ситуация возникла с фосфином – его линия поглощения имеет частоту 266.944 ГГц, при этом диоксид серы SO2 имеет линию поглощения на частоте 266.943 ГГц, а уж он-то действительно широко распространен в кислотных облаках Венеры.

Открытие вещества-биосигнатуры сразу же привлекло внимание независимых исследователей, которые решили перепроверить результаты. Низкое содержание диоксида серы сразу же заронило сомнения. Первая публикация, указавшая на серьезные проблемы с методом обработки данных, появилась уже через месяц. Ее авторы утверждали, что сигнал на линии фосфина меньше уровня статистической значимости, а сами данные представляют собой, по сути, один только шум. Из-за неадекватного метода анализа ученые увидели в данных то, чего в них на самом деле нет. Оппоненты пришли к заключению, что полученные результаты нельзя считать надежным статистическим свидетельством наличия фосфина в атмосфере Венеры.

В январе 2021 г. появились еще статьи, которые указали на ряд других проблем с исходным исследованием. Общий вывод состоит в том, что возможный сигнал на частоте ~267 ГГц (если таковой все же есть) относится, скорее всего, к диоксиду серы. Кроме того авторы одной из статей подсчитали с использованием модели венерианской атмосферы, что предполагаемое поглощение фосфина должно происходить не в облачном слое (30–60 км над поверхностью), а на высотах более 80 км. Проблема состоит в том, что на такой высоте фосфин крайне нестабилен, он быстро разрушается под воздействием ультрафиолетовых лучей. Молекулы фосфина здесь могли бы прожить не более секунды. Чтобы фосфин действительно присутствовал в атмосфере в количествах, заявленных в первоначальном исследовании, он должен поставляться туда со скоростью, превышающей скорость производства кислорода путем фотосинтеза на Земле, а для этого потребовалось бы колоссальное количество бактерий!

Существенным доказательством могли бы оказаться пробы воздуха. Такого рода исследования сейчас есть в планах у космических агентств ряда стран. Можно будет собрать новые данные, а можно пересмотреть уже имеющиеся, а также ранее полученные на их основании результаты, проанализировав их при помощи более современных методов. Именно это уже успела сделать группа ученых с данными масс-спектрометрии, полученными 43 года назад на борту орбитального аппарата венерианской миссии NASA Pioneer Venus 1978 в облачном слое Венеры. В марте 2021 г. они опубликовали в журнале Geophysical Research Letters свои результаты, которые подтверждают наличие фосфина в атмосфере Венеры.

Но даже если фосфин в атмосфере подтвердится, означает ли это, что на Венере действительно может быть жизнь? Несколько лет назад похожая ситуация возникла с метаном на Марсе, однако впоследствии ученые выявили небиологический способ образования этого вещества в марсианских условиях. Так что есть ли жизнь на Венере, нет ли жизни на Венере – науке пока неведомо. Однако по-прежнему имеет смысл задаваться вопросом: «А что если на Венере все-таки может быть жизнь?» История с открытием фосфина показала, как мало мы еще понимаем эту ближайшую к нам внеземную атмосферу. Действительно – если мы так мало знаем о нашей ближайшей соседке, то как мы надеемся что-то узнать о дальнем космосе?

Помимо возможности заполнить пробелы в знаниях о самой Венере, ученые проявляют интерес к этой планете как к полигону для тестирования методов, при помощи которых они смогут исследовать химический состав атмосфер у планет за пределами Солнечной системы. Космические агентства разных стран (Россия, США, страны Европы, Индия) возобновляют программы полетов к Венере, что напоминает возрождение интереса к Марсу четверть века назад.

Наблюдения Венеры, полученные наземными телескопами, можно использовать для построения моделей, описывающих состав и динамику венерианской атмосферы, а затем проверять модельные результаты при помощи инструментов на борту космических аппаратов, анализирующих атмосферу непосредственно на месте. К далеким экзопланетам пока отправить исследовательский зонд невозможно, но сейчас есть шанс продвинуться в области дистанционных методов исследования внеземных атмосфер, и в этом нам готова помочь наша ближайшая соседка по Солнечной системе.

Подготовила Алла Кобкова

Фото: https://www.eurekalert.org

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!