Sammenlignet med for milliarder af år siden har Venus næsten ingen vand:Ny undersøgelse kan afsløre hvorfor

Planetforskere ved University of Colorado Boulder har opdaget, hvordan Venus, Jordens skoldede og ubeboelige nabo, blev så tør.

Det nye studie udfylder et stort hul i det, forskerne kalder "vandhistorien på Venus." Ved hjælp af computersimuleringer fandt holdet ud af, at brintatomer i planetens atmosfære suser ud i rummet gennem en proces kendt som "dissociativ rekombination" - hvilket får Venus til at miste omtrent dobbelt så meget vand hver dag sammenlignet med tidligere skøn.

Holdet offentliggjorde deres resultater 6. maj i tidsskriftet Nature .

Resultaterne kunne hjælpe med at forklare, hvad der sker med vand i en lang række planeter på tværs af galaksen.

"Vand er virkelig vigtigt for livet," sagde Eryn Cangi, en forsker ved Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) og medforfatter af det nye papir. "Vi er nødt til at forstå de forhold, der understøtter flydende vand i universet, og det kan have frembragt den meget tørre tilstand af Venus i dag."

Venus, tilføjede hun, er positivt udtørret. Hvis du tog alt vandet på Jorden og spredte det over planeten som marmelade på toast, ville du få et væskelag på cirka 3 kilometer (1,9 miles) dybt. Hvis du gjorde det samme på Venus, hvor alt vandet er fanget i luften, ville du ende med kun 3 centimeter (1,2 tommer), knap nok til at få dine tæer våde.

"Venus har 100.000 gange mindre vand end Jorden, selvom den grundlæggende har samme størrelse og masse," sagde Michael Chaffin, medforfatter af undersøgelsen og en forsker ved LASP.

I den aktuelle undersøgelse brugte forskerne computermodeller til at forstå Venus som et gigantisk kemilaboratorium, hvor de zoomede ind på de forskellige reaktioner, der opstår i planetens hvirvlende atmosfære. Gruppen rapporterer, at et molekyle kaldet HCO ⁺ (en ion, der består af et atom hver af hydrogen, kulstof og oxygen) højt i Venus' atmosfære kan være synderen bag planetens undslippende vand.

For Cangi, medforfatter af forskningen, afslører resultaterne nye hints om, hvorfor Venus, som sandsynligvis engang så næsten identisk ud med Jorden, er næsten uigenkendelig i dag.

"Vi forsøger at finde ud af, hvilke små ændringer der skete på hver planet for at drive dem ind i disse vidt forskellige stater," sagde Cangi, som tog sin doktorgrad i astrofysiske og planetariske videnskaber ved CU Boulder i 2023.

spilde vandet

Venus, bemærkede hun, var ikke altid sådan en ørken.

Forskere formoder, at planeten for milliarder af år siden under dannelsen af ​​Venus modtog omtrent lige så meget vand som Jorden. På et tidspunkt ramte katastrofen. Skyer af kuldioxid i Venus' atmosfære startede den mest kraftfulde drivhuseffekt i solsystemet, og til sidst hævede temperaturen ved overfladen til stegende 900 grader Fahrenheit. I processen fordampede alt Venus' vand til damp, og det meste drev væk ud i rummet.

Men den ældgamle fordampning kan ikke forklare, hvorfor Venus er så tør, som den er i dag, eller hvordan den fortsætter med at miste vand til rummet.

"Som en analogi kan du sige, at jeg dumpede vandet i min vandflaske. Der ville stadig være et par dråber tilbage," sagde Chaffin.

På Venus forsvandt næsten alle de resterende dråber dog også. Synderen er ifølge det nye arbejde undvigende HCO ⁺ .

Mission til Venus

Chaffin og Cangi forklarede, at i planetariske øvre atmosfærer blandes vand med kuldioxid for at danne dette molekyle. I tidligere forskning rapporterede forskerne, at HCO ⁺ kan være skyld i, at Mars har mistet en stor del af sit vand.

Sådan fungerer det på Venus:HCO ⁺ produceres konstant i atmosfæren, men individuelle ioner overlever ikke længe. Elektroner i atmosfæren finder disse ioner og rekombinerer for at dele ionerne i to. I processen glider brintatomer væk og kan endda flygte helt ud i rummet - og berøver Venus for en af ​​de to komponenter i vand.

I det nye studie beregnede gruppen, at den eneste måde at forklare Venus' tørre tilstand på var, hvis planeten var vært for større mængder HCO ⁺ end forventet. i sin atmosfære. Der er én twist til holdets resultater. Forskere har aldrig observeret HCO ⁺ omkring Venus. Chaffin og Cangi antyder, at det er fordi de aldrig har haft instrumenterne til at se ordentligt ud.

Mens snesevis af missioner har besøgt Mars i de seneste årtier, har langt færre rumfartøjer rejst til den anden planet fra solen. Ingen har båret instrumenter, der er i stand til at detektere HCO ⁺ der driver holdets nyopdagede flugtvej.

"En af de overraskende konklusioner af dette arbejde er, at HCO ⁺ burde faktisk være blandt de mest rigelige ioner i Venus-atmosfæren," sagde Chaffin.

I de senere år har et stigende antal videnskabsmænd imidlertid rettet blikket mod Venus. NASAs planlagte Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging (DAVINCI)-mission vil for eksempel slippe en sonde gennem planetens atmosfære helt op til overfladen. Det er planlagt til at blive lanceret i slutningen af ​​årtiet.

DAVINCI vil ikke være i stand til at detektere HCO ⁺ , enten, men forskerne er håbefulde, at en fremtidig mission kan – afsløre endnu en vigtig del af historien om vand på Venus.

"Der har ikke været mange missioner til Venus," sagde Cangi. "Men nyligt planlagte missioner vil udnytte årtiers kollektiv erfaring og en blomstrende interesse for Venus for at udforske ekstremerne af planetariske atmosfærer, evolution og beboelighed."

Flere oplysninger: Michael Chaffin, Venus vandtab er domineret af HCO ⁺ dissociativ rekombination, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07261-y. www.nature.com/articles/s41586-024-07261-y

Journaloplysninger: Natur

Leveret af University of Colorado at Boulder