Температура у поверхности Венеры составляет 464 °C. То есть она выше, чем, например, температуры плавления свинца (327 °C), олова (232 °C) или цинка (420 °C). К тому же давление там достигает 100 атмосфер. Тем не менее исследования показывают, что когда-то на планете могли быть океаны и даже условия, пригодные для жизни. Космические корабли и телескопы заметили слабые признаки водяного пара в ее атмосфере, а в конце 1970-х годов орбитальный аппарат NASA «Пионер-Венера-2» обнаружил признак давно исчезнувших океанов: обогащение атмосферы тяжелым изотопом водорода — дейтерием.
Долгое время не находилось объяснений того, как Венера утратила воду. Исследование, опубликованное в журнале Nature, предлагает решение, определяющее новый механизм потери воды.
Моделирования эволюции венерианского климата показали, что миллиарды лет назад на планете было достаточно влаги, чтобы покрыть ее поверхность океаном трехкилометровой глубины. Но поскольку вулканы извергали углекислый газ, безудержный парниковый эффект мог привести к повышению температуры и выкипанию большей части воды. Высоко в атмосфере ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляло молекулы водяного пара на водород и кислород. В процессе, называемом гидродинамической потерей, легкий водород оказывался достаточно горячим и энергичным, чтобы преодолеть гравитацию планеты, оставив после себя характерное обогащение дейтерием.
Но этот процесс не может объяснить потерю последней воды, поскольку водород также является парниковым газом. Как только образуется достаточное количество водорода, температура больше не сможет повышаться, и потеря воды замедлится. «Невозможно потерять всю воду, чтобы соответствовать современным наблюдениям. Это остается загадкой», — говорит Майкл Уэй, который моделировал климат Венеры в Институте космических исследований имени Годдарда NASA.
Авторы нового исследования говорят, что они определили новый сценарий утраты воды, который может решить проблему. На высоте около 150 километров над поверхностью солнечный свет расщепляет не только водяной пар, но и углекислый газ, создавая водород и окись углерода, которые объединяются в нестабильный ион HCO+. Почти сразу же ионы HCO+ распадались на части, теряя избыточную энергию. «Поскольку водород намного легче монооксида углерода, он получает большую часть энергии от этого процесса и уносится очень быстро, — говорит планетолог Майкл Чаффин из Университета Колорадо, один из авторов нового исследования. — Водород использует молекулу угарного газа в качестве стартовой площадки для выхода в космос». Так последние остатки венерианской воды могли быть утрачены даже после того, как гидродинамическая потеря прекратилась.
По словам исследователей, вместе новый механизм и ранее смоделированные процессы утраты воды могли бы позволить Венере терять воду в два раза быстрее, чем считалось: всего за 600 миллионов лет. Если это так, то Венера, вероятно, сохраняла свои океаны до недавнего времени, возможно, до 2–3 миллиардов лет назад. «Если на Венере действительно была эта ранняя фаза обитаемости, то понимание того, как она превратилась из пригодной для жизни в совершенно непригодную для жизни, чрезвычайно важно», — говорит Майкл Уэй.
Одна из авторов нынешней работы, планетолог Бетан Грегори из Университета Колорадо, в прошлом году руководила исследованием, которое показало, как тот же процесс утраты водорода через HCO+ может объяснить, как Марс потерял воду, после того как орбитальный аппарат NASA MAVEN обнаружил, что водород покидает Марс таким образом, который соответствует распаду HCO+. «В атмосферах Марса и Венеры преобладает углекислый газ, поэтому здесь много общего», — говорит Бетан Грегори. Относительно низкий уровень углекислого газа на Земле означает, что угроза того, что тот же процесс может привести к высушиванию нашей атмосферы, отсутствует.
Ни одна предстоящая миссия космических аппаратов к Венере не сможет окончательно проверить, работал ли механизм потери водорода через распад HCO+ на Венере. Ни аппарат NASA VERITAS, ни европейская миссия EnVision, запуск которой запланирован на 2031 год, не имеют инструментов для измерения потерь водорода из верхних слоев атмосферы. Зонд NASA DAVINCI, запуск которого также запланирован на 2031 год, будет исследовать атмосферу, но только на глубине ниже 70 километров. Создать инструмент, который позволит проверить новую гипотезу, еще предстоит.