Исследование: аммиак может превратить облака Венеры в пригодные для жизни

09:59 25 Декабрь Киев, Украина

Согласно новому исследованию, непригодная для жизни серная среда в атмосфере Венеры может нейтрализовать аммиак. Он объяснит атмосферные аномалии распределения водяных паров и серы на планете, а еще сможет создать «карманы», пригодные для венерианской жизни. Ученые считают, что аммиак растворяется в каплях серной кислоты, нейтрализуя ее и превращая в сульфит аммония. Так некоторые места в атмосфере Венеры могут походить не на разрушающую кислую среду, а на вполне пригодную для жизни земных экстремофилов оболочку. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как там с жизнью на Венере?

Венеру часто называют сестринской планетой Земли из-за того, что они схожи по массе и размеру. Однако на этом их сходство заканчивается и начинается ярко бросающееся в глаза отличие — слишком горячая для воды и жизни температура на Венере в 700 кельвинов.

/>Венера постоянно окутана слоем облаков глубиной около 20 километров, хотя на высоте от 48 до 60 километров слои гораздо более приятны для жизни по температуре.

Однако найденные пары серной кислоты намекают, что облака Венеры состоят из капель концентрированной серной кислоты. Поэтому довольно трудно представить себе жизнь, которая бы справилась в таких агрессивных условиях.

Тем не менее, ученые рассуждают о Венере как о пригодном для жизни мире уже более полувека, а в этом году эти надежды лишь подкрепила новость о найденном в атмосфере Венеры потенциальном биомаркере фосфине, который, впрочем, уже окрестили диоксидом серы и назвали следствием вулканизма. И все эти исследования при этом не объясняют атмосферных аномалий на Венере с содержанием водяных паров и серы, которые в своей новой работе исследователи Массачусетского технологического института, Кардиффского и Кембриджского университетов предлагают объяснить наличием аммиака, что одновременно даст новую надежду на целесообразность поисков жизни.

Что не так с атмосферой Венеры?

Помимо вполне убедительных свидетельств в пользу того, что атмосфера Венеры слишком экстремальна для жизни, у нее еще есть ряд аномалий, которые либо плохо подходят для существующих моделей, либо совсем не имеют объяснений. Одной из таких древних загадочных особенностей атмосферы, плохо объясняемой химическими моделями, является содержание водяного пара и диоксида серы.

Само по себе наличие этих веществ не удивительно и объясняется вулканизмом, но когда газы извергают вулканы, они постепенно перемешиваются вертикально по всей атмосфере. А согласно наблюдениям, пару можно найти во всех слоях атмосферы, в то время как диоксид серы над облаками уменьшается. Это при том, что диоксида серы в пять раз больше содержания водяного пара, что должно было не только удалить всю воду из облачного слоя, но и предотвращать ее накопление над облаками. В итоге эти реакции уменьшили бы количество диоксида серы всего на 20 процентов, а не на наблюдаемые 99. Все это указывает на явное химическое неравновесие в облаках Венеры, для которой до сих пор нет единого механизма объяснения.

Сами облака также требуют объяснения своим составам – Pioneer Venus (Pioneer 13) в плотных венерианских облаках нашел большие частицы, которые не могут состоять исключительно из жидкой концентрированной серной кислоты. И несмотря на все это, наиболее загадочно присутствие аммиака, газа, который был предварительно обнаружен в 1970-х годах зондами Venera 8 и Pioneer Venus и для естественного появления которого на Венере нет никаких причин.

При чем здесь аммиак?

В своей работе ученые развили идею , что аномалии можно объяснить пылью. Считается, что минералы, отнесенные с поверхности Венеры в облака, могут взаимодействовать с серной кислотой, вызывая некоторые, хоть и не все наблюдаемые аномалии. Но даже если пыль с Венеры и способна сниматься в результате вулканизма или ветра, такие механизмы не смогут принести в атмосферу необходимого для реакций количества минеральных солей (в частности, оксидов железа) – около 20 тонн в секунду.

Новая работа продолжает мысль о том, что причина нарушения химического баланса в атмосфере Венеры может генерироваться в облаках, таким образом нейтрализуя диоксид серы и объясняя его отсутствие над ними. Исследователи смоделировали набор химических процессов, чтобы показать, что если аммиак действительно присутствует, газ вызовет каскад химических реакций, нейтрализующих окружающие капли серной кислоты, а также могут объяснить большинство аномалий, наблюдаемых в венерианских облаках.

Попадая в облака, аммиак растворяется в каплях серной кислоты, эффективно нейтрализуя кислоту, превращая частицы в пригодные для жизни. Введение аммиака в капли превращает их раньше круглую жидкую форму в несферическую, солевидную суспензию. А как только аммиак растворяется в серной кислоте, реакция может вызвать растворение окружающего диоксида серы.
 
Фото: Представление художника о воздушной биосфере в слоях облаков на Венере. Гипотетическая микробная жизнь находится внутри защитных частиц облаков и разносится ветрами по всей планете/J. Petkowska

Откуда взяться аммиаку?

Впрочем, ученые отмечают, что такие источники, как молния, извержение вулканов и даже удар метеорита, не могут химически производить количество аммиака, необходимое для объяснения аномалий. Поэтому они считают, что эти процессы могут быть результатом биологического производства аммиака в облачных каплях — жизнь сама создала себе условия для жизни. Ведь в результате образуются облака не более кислые, чем некоторые экстремальные земные среды, в которых живет жизнь.

Проверить свою теорию ученые смогут несколько лет с помощью миссий Venus Life Finder. Они уже сейчас отмечают, что будущим зондам необходимо установить наличие аммиака в облачных слоях Венеры, определить неизвестные частицы как соли аммиака и поискать в них органические молекулы. Пока эта работа является первичным анализом данных об аммиаке в атмосфере Венеры, что позволяет их так интерпретировать.
 
Фото: Круговорот аммиака в атмосфере Венеры. Он производится локально в облаках из атмосферного азота и водяного пара метаболически активными микроорганизмами (черные точки), населяющими капли облака (белый круг). William Bains/PNAS, 2021
 

После новости о фосфине Венера снова стала популярной темой исследований. Поэтому ученые и пересматривают данные о ее вулканизме, чтобы объяснить им появление в новых наблюдениях фосфина. Или же ищут следы жизни на ранних этапах формирования планеты — так первые 900 миллионов лет на Венере признали пригодными для жизни, потому что она могла содержать атмосферный углекислый газ на достаточно низком уровне, чтобы поддерживать жидкую поверхностную воду в течение почти миллиарда лет, чего хватило бы на развитие жизнь, учитывая земной сценарий. Впрочем, 3D-модель атмосферы Венеры в начале ее существования показала , что океаны на планете не смогли бы сформироваться из-за парникового эффекта. Так и активность воды в облаках Венеры проявилась слишком низкой для жизни через серную кислоту.