Σήμερα, η ατμόσφαιρα του γειτονικού μας πλανήτη Αφροδίτης είναι τόσο ζεστή όσο ένας φούρνος πίτσας και πιο στεγνή από την πιο ξηρή έρημο στη Γη – αλλά δεν ήταν πάντα έτσι.
Πριν από δισεκατομμύρια χρόνια υπήρχε τόσο νερό στην Αφροδίτη όσο και στη Γη σήμερα. Αν αυτό το νερό ήταν ποτέ υγρό, η Αφροδίτη μπορεί κάποτε να ήταν κατοικήσιμη.
Με την πάροδο του χρόνου, αυτό το νερό έχει σχεδόν χαθεί εντελώς. Το να καταλάβουμε πώς, πότε και γιατί η Αφροδίτη έχασε το νερό της βοηθά τους πλανητικούς επιστήμονες όπως εγώ να καταλάβουν τι κάνει έναν πλανήτη κατοικήσιμο ή τι μπορεί να κάνει έναν κατοικήσιμο πλανήτη να μετατραπεί σε ακατοίκητο κόσμο.
Οι επιστήμονες έχουν θεωρίες που εξηγούν γιατί το μεγαλύτερο μέρος του νερού έχει εξαφανιστεί, αλλά έχει εξαφανιστεί περισσότερο νερό από ό,τι είχαν προβλέψει.
Σε μια μελέτη του Μαΐου 2024, οι συνάδελφοί μου και εγώ αποκαλύψαμε μια νέα διαδικασία αφαίρεσης νερού που πέρασε απαρατήρητη για δεκαετίες, αλλά θα μπορούσε να εξηγήσει αυτό το μυστήριο απώλειας νερού.
Ενεργειακό ισοζύγιο και πρόωρη απώλεια νερού
Το ηλιακό σύστημα έχει μια κατοικήσιμη ζώνη – έναν στενό δακτύλιο γύρω από τον ήλιο όπου οι πλανήτες μπορούν να έχουν υγρό νερό στις επιφάνειές τους. Η Γη είναι στη μέση, ο Άρης είναι έξω στην πολύ κρύα πλευρά και η Αφροδίτη είναι έξω στην πολύ ζεστή πλευρά. Το πού βρίσκεται ένας πλανήτης σε αυτό το φάσμα κατοικησιμότητας εξαρτάται από το πόση ενέργεια λαμβάνει ο πλανήτης από τον Ήλιο και πόση ενέργεια ακτινοβολεί ο πλανήτης.
Η θεωρία για το πώς συνέβη το μεγαλύτερο μέρος της απώλειας νερού της Αφροδίτης σχετίζεται με αυτό το ενεργειακό ισοζύγιο. Στην πρώιμη Αφροδίτη, το ηλιακό φως χώρισε το νερό στην ατμόσφαιρά του σε υδρογόνο και οξυγόνο. Το ατμοσφαιρικό υδρογόνο θερμαίνει έναν πλανήτη – σαν να έχεις πάρα πολλές κουβέρτες στο κρεβάτι σου το καλοκαίρι.
Όταν ο πλανήτης θερμαίνεται πολύ, πετάει το κάλυμμα: το υδρογόνο διαφεύγει στο διάστημα με ένα ρεύμα, μια διαδικασία που ονομάζεται υδροδυναμική διαφυγή. Μέσω αυτής της διαδικασίας, η Αφροδίτη στερήθηκε ένα από τα κύρια συστατικά του νερού. Δεν είναι γνωστό πότε ακριβώς συνέβη αυτή η διαδικασία, αλλά πιθανώς συνέβη μέσα στα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια περίπου.
Αφού αφαιρέθηκε το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου, η υδροδυναμική διαφυγή σταμάτησε, αλλά παρέμεινε λίγο υδρογόνο. Είναι σαν να χύνεις ένα μπουκάλι νερό – θα μείνουν πάντα μερικές σταγόνες στο κάτω μέρος. Αυτές οι σταγόνες που έχουν απομείνει δεν μπορούν να ξεφύγουν με τον ίδιο τρόπο. Πρέπει να υπάρχει μια άλλη διαδικασία σε εξέλιξη στην Αφροδίτη που συνεχίζει να αφαιρεί το υδρογόνο.
Μικρές αντιδράσεις μπορούν να κάνουν μεγάλη διαφορά
Η νέα μας μελέτη δείχνει ότι μια παραμελημένη χημική αντίδραση στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης μπορεί να παράγει αρκετό υδρογόνο που διαφεύγει για να κλείσει το χάσμα μεταξύ της αναμενόμενης και της παρατηρούμενης απώλειας νερού.
Έτσι λειτουργεί στην ατμόσφαιρα, τα αέρια μόρια HCO⁺, τα οποία αποτελούνται από ένα άτομο υδρογόνου, άνθρακα και οξυγόνου και είναι θετικά φορτισμένα, συνδυάζονται με αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, επειδή τα αντίθετα έλκονται.
Αλλά όταν το HCO+ και τα ηλεκτρόνια αντιδρούν, το HCO+ διασπάται σε ένα ουδέτερο μόριο μονοξειδίου του άνθρακα, CO, και ένα άτομο υδρογόνου, H. Αυτή η διαδικασία ενεργοποιεί το άτομο υδρογόνου, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να υπερβεί την ταχύτητα διαφυγής του πλανήτη και να διαφύγει στο διάστημα. Ολόκληρη η αντίδραση ονομάζεται ανασυνδυασμός διάσπασης HCO+, αλλά μας αρέσει να την ονομάζουμε DR για συντομία.
Το νερό είναι η αρχική πηγή υδρογόνου στην Αφροδίτη, επομένως το DR στεγνώνει αποτελεσματικά τον πλανήτη. Το DR πιθανότατα υπήρχε σε όλη την ιστορία της Αφροδίτης και η δουλειά μας δείχνει ότι πιθανότατα συνεχίζεται μέχρι σήμερα. Διπλασιάζει την ποσότητα υδρογόνου που διαφεύγει που είχε υπολογιστεί προηγουμένως από πλανητικούς επιστήμονες και ανατρέπει την κατανόησή μας για τη διαφυγή υδρογόνου στην Αφροδίτη σήμερα.
Κατανόηση της Αφροδίτης με δεδομένα, μοντέλα και Άρη
Για να μελετήσουμε το DR στην Αφροδίτη, χρησιμοποιήσαμε τόσο μοντελοποίηση υπολογιστή όσο και ανάλυση δεδομένων.
Το μόντελινγκ ξεκίνησε ουσιαστικά ως έργο του Άρη. Το διδακτορικό μου. Η έρευνα αφορούσε τη μελέτη των συνθηκών που έκαναν τους πλανήτες κατοικήσιμους για ζωή. Ο Άρης είχε επίσης νερό, αν και λιγότερο από την Αφροδίτη, και επίσης έχασε το μεγαλύτερο μέρος του στο διάστημα.
Για να κατανοήσω τη διαφυγή υδρογόνου στον Άρη, ανέπτυξα ένα μοντέλο υπολογιστή της ατμόσφαιρας του Άρη που προσομοιώνει την ατμοσφαιρική χημεία του Άρη. Αν και ο Άρης και η Αφροδίτη είναι πολύ διαφορετικοί πλανήτες, στην πραγματικότητα έχουν παρόμοιες ανώτερες ατμόσφαιρες, έτσι οι συνάδελφοί μου και εγώ μπορέσαμε να επεκτείνουμε το μοντέλο στην Αφροδίτη.
Βρήκαμε ότι ο διασπαστικός ανασυνδυασμός του HCO+ στις ατμόσφαιρες και των δύο πλανητών παράγει πολύ υδρογόνο που διαφεύγει, σύμφωνα με μετρήσεις από την αποστολή Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN), έναν δορυφόρο σε τροχιά γύρω από τον Άρη.
Θα ήταν πολύτιμο να συλλέγουμε δεδομένα στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης για να υποστηρίξουμε το μοντέλο, αλλά οι προηγούμενες αποστολές στην Αφροδίτη δεν μέτρησαν το HCO⁺ – όχι επειδή δεν ήταν εκεί, αλλά επειδή δεν είχαν σχεδιαστεί για να το ανιχνεύουν. Ωστόσο, μέτρησαν τα αντιδρώντα που παράγουν HCO⁺ στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης.
Αναλύοντας μετρήσεις από την Pioneer Venus, μια συνδυασμένη αποστολή τροχιακού και ανιχνευτή που μελέτησε την Αφροδίτη από το 1978 έως το 1992, και χρησιμοποιώντας τις γνώσεις μας στη χημεία, δείξαμε ότι το HCO⁺ υπάρχει στην ατμόσφαιρα σε επίπεδα παρόμοια με αυτά του μοντέλου μας.
Ακολουθήστε το νερό
Η δουλειά μας έχει λύσει μέρος του μυστηρίου για το πώς χάνεται το νερό από τους πλανήτες, το οποίο επηρεάζει το πόσο κατοικήσιμος είναι ένας πλανήτης για ζωή. Μάθαμε ότι η απώλεια νερού δεν συμβαίνει μόνο ταυτόχρονα, αλλά με την πάροδο του χρόνου μέσω ενός συνδυασμού μεθόδων.
Η σημερινή ταχύτερη απώλεια υδρογόνου από το DR σημαίνει ότι συνολικά θα χρειαστεί λιγότερος χρόνος για να αφαιρεθεί το υπόλοιπο νερό από την Αφροδίτη. Αυτό σημαίνει ότι αν υπήρχαν ποτέ ωκεανοί στην πρώιμη Αφροδίτη, μπορεί να ήταν παρόντες περισσότερο από όσο πίστευαν οι επιστήμονες πριν από την απώλεια νερού μέσω της υδροδυναμικής διαφυγής και την έναρξη του DR. Αυτό θα έδινε περισσότερο χρόνο για να εμφανιστεί πιθανή ζωή. Ωστόσο, τα αποτελέσματά μας δεν σημαίνουν ότι υπήρχαν σίγουρα ωκεανοί ή ζωή – η απάντηση σε αυτό το ερώτημα θα απαιτήσει πολύ περισσότερη επιστήμη για πολλά χρόνια ακόμα.
Υπάρχει επίσης ανάγκη για νέες αποστολές και παρατηρήσεις της Αφροδίτης. Οι μελλοντικές αποστολές Venus θα παρέχουν ορισμένες ατμοσφαιρικές μετρήσεις, αλλά δεν θα επικεντρωθούν στην ανώτερη ατμόσφαιρα, όπου συμβαίνει ο περισσότερος ανασυνδυασμός διάσπασης HCO⁺. Μια μελλοντική αποστολή στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Αφροδίτης, παρόμοια με την αποστολή MAVEN στον Άρη, θα μπορούσε να διευρύνει σημαντικά τη γνώση όλων για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι ατμόσφαιρες των επίγειων πλανητών με την πάροδο του χρόνου.
Με τις τεχνολογικές εξελίξεις τις τελευταίες δεκαετίες και το αυξανόμενο νέο ενδιαφέρον για την Αφροδίτη, τώρα είναι μια εξαιρετική στιγμή να στρέψουμε την προσοχή μας στον αδελφό πλανήτη της Γης.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αξιόπιστες αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας. Το έγραψε: Eryn Cangi, Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Boulder
Διαβάστε περισσότερα:
Αυτό το υλικό βασίζεται σε εργασία που υποστηρίζεται από το Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Υποτροφιών Έρευνας του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών στο πλαίσιο του Grant DGE 1650115. Τυχόν απόψεις, ευρήματα και συμπεράσματα ή συστάσεις που εκφράζονται σε αυτό το υλικό είναι των συγγραφέων και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τις απόψεις του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών.