Tajemniczy pochłaniacz światła w chmurach Wenus jest silniejszy, niż sądzono
Choć z orbity Wenus wygląda jak gładka, bladożółta kula, w ultrafiolecie ujawnia coś zupełnie innego – ciemne i jasne smugi przemieszczające się razem z górnymi chmurami kwasu siarkowego. Od stu lat astronomowie nie potrafią powiedzieć, co za nie odpowiada. Nowe modelowanie, opublikowane właśnie w czasopiśmie Astrobiology, po raz pierwszy precyzyjnie określa, jak silnie musiałaby pochłaniać światło substancja odpowiedzialna za te wzory – i wynik zawęża pole podejrzanych bardziej, niż ktokolwiek się spodziewał.
Stuletnia zagadka nieznanego pochłaniacza
Ciemne i jasne smugi w ultrafiolecie na tarczy Wenus po raz pierwszy opisano jeszcze w latach 20. XX wieku. Od tego czasu literatura naukowa nazywa sprawcę tego zjawiska po prostu nieznanym pochłaniaczem (ang. unknown absorber). Zaproponowano ponad dwadzieścia kandydatów – od cząsteczek siarki i tlenku siarki, przez chlor, po żelazo trójwartościowe czy minerały żelazowo-siarkowe. Żaden z nich nie tłumaczy w pełni obserwowanego widma.
Problem w tym, że dotychczasowe próby porównywały jasność obserwowaną z kosmosu bezpośrednio z pochłanianiem światła mierzonym w laboratorium dla czystych substancji. To błąd metodologiczny, który zespół pod kierunkiem dr. Jana Spacka z Foundation for Applied Molecular Evolution w USA postanowił naprawić.
Jak zważyć niewidzialną sadzę
Autorzy posłużyli się prostą analogią: dym papierosowy wygląda na biały, ponieważ jego drobne cząstki bardzo skutecznie rozpraszają światło. Ten sam dym zebrany do naczynia tworzy jednak ciemną, smolistą zawiesinę. Kropelki chmur Wenus mają zbliżoną wielkość do cząstek dymu papierosowego – więc mimo bladożółtej barwy widzianej z daleka, materia tworząca te kropelki może być zaskakująco ciemna.
Zespół, w tym dr Yeon Joo Lee z Planetary Atmospheres Group w Instytucie Nauk Podstawowych (IBS) w Korei Południowej, zbudował model transferu radiacyjnego uwzględniający wielokrotne rozpraszanie światła przez kropelki chmur i cząsteczki atmosfery. Dzięki temu udało się przeliczyć obserwacje astronomiczne na wielkość znaną z laboratoryjnej spektroskopii UV-VIS – dziesiętny współczynnik absorpcji cieczy tworzącej krople.
Wynik: pochłaniacz musi być wyjątkowo silny albo bardzo skoncentrowany
W zakresie 365–455 nm wymagany dziesiętny współczynnik absorpcji sięga około 1278 cm⁻¹ przy długości fali 375 nm. To bardzo wysoka wartość – oznacza, że substancja odpowiedzialna za ciemnienie musi albo pochłaniać światło niezwykle skutecznie, albo występować w bardzo dużym stężeniu, albo jedno i drugie naraz.
Silnie sprzężone związki organiczne (chemicznie skomplikowane cząsteczki węglowe, niekoniecznie związane z życiem) mogłyby spełnić ten warunek – gdyby ich siła pochłaniania przypominała wydajne barwniki porfirynowe, wystarczyłoby stężenie rzędu 10 gramów na litr. Autorzy wyraźnie zastrzegają, że nie sugerują obecności chlorofilu, hemu ani żadnego konkretnego biologicznego barwnika – to jedynie znane przykłady wydajnych pochłaniaczy światła, służące do kalibracji skali.
Sam kształt widma stawia jednak dodatkowy warunek. Proste związki organiczne wystawione na działanie stężonego kwasu siarkowego zwykle tworzą ciemne, smoliste mieszaniny pochłaniające światło szeroko w całym zakresie widzialnym i wyglądają na brązowe lub czarne. Tymczasem obserwowany profil ma stromy spadek absorpcji między 365 a 455 nm, co wskazuje raczej na chemicznie dobrze zdefiniowaną substancję, odporną na przemianę w smołę.
Dlaczego to ważne
Jak zauważa współautor Janusz J. Petkowski z Politechniki Wrocławskiej, nowe ograniczenia paradoksalnie pogłębiają tajemnicę, zamiast ją rozwiązać – każdy kandydat, organiczny czy nieorganiczny, musi teraz spełnić bardzo wymagające kryteria dotyczące wydajności pochłaniania, stężenia i rozkładu w atmosferze. Paul B. Rimmer z Uniwersytetu Cambridge podkreśla, że wiele proponowanych wcześniej związków nieorganicznych musiałoby występować w nierealistycznie wysokich stężeniach.
Praca nie dowodzi istnienia życia w chmurach Wenus ani nie rozstrzyga, czy pochłaniacz jest organiczny. Ustanawia jednak twarde, sprawdzalne wymagania, które przyszłe misje będą mogły zweryfikować bezpośrednio. Inicjatywa Morning Star Missions to Venus planuje wysłać w chmury planety instrument o nazwie Autofluorescence Nephelometer – w ramach misji Rocket Lab – zaprojektowany do wykrywania fluorescencji mogącej wskazywać na obecność złożonych cząsteczek organicznych.
Źródła
Główne:
- Spacek, J. et al., A Model of UV–Blue Absorbance in Bulk Liquid of Venusian Cloud Aerosols Is Consistent with Efficient Organic Absorbers at High Concentrations,
- Institute for Basic Science (IBS), komunikat prasowy,
Kontekstowe:
Opracowanie: Agnieszka Nowak
