Påstået phosphin på Venus er mere tilbøjelig til at være almindelig svovldioxid, viser ny undersøgelse

I september, et hold ledet af astronomer i Det Forenede Kongerige meddelte, at de havde opdaget den kemiske phosphin i de tykke skyer på Venus. Holdets rapporterede påvisning, baseret på observationer fra to jordbaserede radioteleskoper, overrasket mange Venus-eksperter. Jordens atmosfære indeholder små mængder fosphin, som kan frembringes af livet. Fosfin på Venus genererede buzz, at planeten, ofte kortfattet udråbt som et "helvedeslandskab, " kunne på en eller anden måde huse liv i sine sure skyer.

Siden den første påstand, andre videnskabshold har sået tvivl om pålideligheden af ​​fosphindetektionen. Nu, et hold ledet af forskere ved University of Washington har brugt en robust model af forholdene i Venus atmosfære til at gense og genfortolke de radioteleskopobservationer, der ligger til grund for den oprindelige fosphinpåstand. Som de rapporterer i et papir accepteret The Astrophysical Journal og indsendt den 25. januar til preprint-siden arXiv, den U.K.-ledede gruppe opdagede sandsynligvis ikke fosphin overhovedet.

"I stedet for fosfin i Venus skyer, dataene stemmer overens med en alternativ hypotese:De påviste svovldioxid, " sagde medforfatter Victoria Meadows, en UW professor i astronomi. "Svovldioxid er den tredje mest almindelige kemiske forbindelse i Venus' atmosfære, og det betragtes ikke som et livstegn."

Holdet bag den nye undersøgelse inkluderer også forskere ved NASAs Caltech-baserede Jet Propulsion Laboratory, NASA Goddard Space Flight Center, Georgia Institute of Technology, NASA Ames Research Center og University of California, Riverside.

Det UW-ledede hold viser, at svovldioxid, på niveauer, der er plausible for Venus, kan ikke kun forklare observationerne, men er også mere i overensstemmelse med, hvad astronomer ved om planetens atmosfære og dens straffende kemiske miljø, som omfatter skyer af svovlsyre. Ud over, forskerne viser, at det indledende signal ikke stammer fra planetens skylag, men langt over det, i et øvre lag af Venus' atmosfære, hvor phosphinmolekyler ville blive ødelagt inden for få sekunder. Dette giver mere støtte til hypotesen om, at svovldioxid producerede signalet.

Både det påståede fosfinsignal og denne nye fortolkning af datacentret om radioastronomi. Hver kemisk forbindelse absorberer unikke bølgelængder af det elektromagnetiske spektrum, som omfatter radiobølger, Røntgenstråler og synligt lys. Astronomer bruger radiobølger, lys og andre emissioner fra planeter for at lære om deres kemiske sammensætning, blandt andre ejendomme.

I 2017 ved hjælp af James Clerk Maxwell Telescope, eller JCMT, det U.K.-ledede hold opdagede en funktion i radioemissionerne fra Venus på 266,94 gigahertz. Både fosfin og svovldioxid absorberer radiobølger nær denne frekvens. For at skelne mellem de to, i 2019 opnåede det samme hold opfølgende observationer af Venus ved hjælp af Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, eller ALMA. Deres analyse af ALMA-observationer ved frekvenser, hvor kun svovldioxid absorberer, fik holdet til at konkludere, at svovldioxidniveauerne i Venus var for lave til at tage højde for signalet på 266,94 gigahertz, og at det i stedet må komme fra fosfin.

I denne nye undersøgelse af den UW-ledede gruppe, forskerne startede med at modellere forhold i Venus' atmosfære, og bruge det som grundlag for en omfattende fortolkning af de funktioner, der blev set – og ikke set – i JCMT- og ALMA-datasættene.

"Dette er, hvad der er kendt som en strålingsoverførselsmodel, og den inkorporerer data fra flere årtiers observationer af Venus fra flere kilder, inklusive observatorier her på Jorden og rumfartøjsmissioner som Venus Express, " sagde hovedforfatter Andrew Lincowski, en forsker ved UW Department of Astronomy.

Holdet brugte denne model til at simulere signaler fra phosphin og svovldioxid for forskellige niveauer af Venus atmosfære, og hvordan disse signaler ville blive opfanget af JCMT og ALMA i deres 2017 og 2019 konfigurationer. Baseret på formen af ​​det 266,94-gigahertz-signal, der opfanges af JCMT, absorptionen kom ikke fra Venus' skylag, holdet rapporterer. I stedet, det meste af det observerede signal stammede omkring 50 eller flere miles over overfladen, i Venus' mesosfære. I den højde, skrappe kemikalier og ultraviolet stråling ville makulere fosfinmolekyler inden for få sekunder.

"Fosfin i mesosfæren er endnu mere skrøbelig end fosfin i Venus' skyer, " sagde Meadows. "Hvis JCMT-signalet var fra phosphin i mesosfæren, for derefter at tage højde for styrken af ​​signalet og forbindelsens under-sekund levetid i den højde, phosphin ville skulle leveres til mesosfæren med omkring 100 gange den hastighed, som ilt pumpes ind i Jordens atmosfære ved fotosyntese."

Forskerne opdagede også, at ALMA-dataene sandsynligvis betydeligt undervurderede mængden af ​​svovldioxid i Venus' atmosfære, en observation, som det U.K.-ledede hold havde brugt til at hævde, at hovedparten af ​​signalet på 266,94 gigahertz var fra fosfin.

"Alma's antennekonfiguration på tidspunktet for 2019-observationerne har en uønsket bivirkning:Signalerne fra gasser, der kan findes næsten overalt i Venus' atmosfære - som svovldioxid - afgiver svagere signaler end gasser fordelt over en mindre skala, " sagde medforfatter Alex Akins, en forsker ved Jet Propulsion Laboratory.

Dette fænomen, kendt som spektrallinjefortynding, ville ikke have påvirket JCMT-observationerne, førte til en undervurdering af, hvor meget svovldioxid, der blev set af JCMT.

"De udledte en lav detektion af svovldioxid på grund af det kunstigt svage signal fra ALMA, " sagde Lincowski. "Men vores modellering tyder på, at de line-fortyndede ALMA-data stadig ville have været i overensstemmelse med typiske eller endda store mængder Venus svovldioxid, som fuldt ud kunne forklare det observerede JCMT-signal."

"Da denne nye opdagelse blev annonceret, den rapporterede lave svovldioxidoverflod var i modstrid med, hvad vi allerede ved om Venus og dens skyer, " sagde Meadows. "Vores nye arbejde giver en komplet ramme, der viser, hvordan typiske mængder svovldioxid i Venus mesosfæren kan forklare både signaldetektionerne, og ikke-detekteringer, i JCMT og ALMA data, uden behov for fosphin."

Med videnskabshold rundt om i verden, der følger op med nye observationer af Jordens skyindhyllede nabo, denne nye undersøgelse giver en alternativ forklaring til påstanden om, at noget geologisk, kemisk eller biologisk skal generere fosphin i skyerne. Men selvom dette signal ser ud til at have en mere ligetil forklaring - med en giftig atmosfære, knogleknusende tryk og nogle af vores solsystems varmeste temperaturer uden for solen - Venus forbliver en verden af ​​mysterier, med meget tilbage for os at udforske.