Учёные сузили круг кандидатов на роль загадочного поглотителя ультрафиолета в облаках Венеры

Венера выглядит бледно-жёлтой в обычном видимом свете, но в ультрафиолетовом диапазоне картина меняется кардинально. Там тёмные и яркие полосы движутся по верхним облакам серной кислоты планеты. Учёные наблюдают эти паттерны около века, но вещество, создающее их, так и не было идентифицировано.

Новый подход к старой загадке

Исследователи использовали необычный метод. Они задались вопросом: как выглядело бы облачное вещество Венеры, если бы его можно было собрать в спектрометрическую кювету и изучить как жидкость в лабораторных условиях? Это различие важно, потому что облако может выглядеть совершенно иначе, чем материал, из которого оно состоит.

Аналогия с сигаретным дымом помогает понять принцип. Дым выглядит белым, потому что его частицы размером менее микрометра очень эффективно рассеивают свет. Но если собрать эти частицы во флакон, получится плотная суспензия сгоревшего табака — тёмная смолистая жидкость. Облака Венеры могут работать по похожему оптическому принципу, так как распределение размеров их частиц сравнимо с дымом.

Расчёты поглощения света

Команда объединила наблюдения Венеры с моделью радиативного переноса, отслеживающей, как свет многократно рассеивается и поглощается облачными каплями и молекулами атмосферы. Затем исследователи преобразовали астрономические измерения в параметр, используемый в лабораторной УФ-видимой спектроскопии: коэффициент поглощения жидкости, составляющей облачные капли.

В диапазоне длин волн 365–455 нм требуемый коэффициент поглощения достигает примерно 1278 см⁻¹ при 375 нм. Это очень высокое требование. Неизвестный поглотитель должен либо быть исключительно эффективным в поглощении света, либо находиться в очень высокой концентрации внутри капель, либо удовлетворять обоим условиям одновременно.

Органические и неорганические кандидаты

Один из возможных классов веществ, способных к такому сильному поглощению, — это высокопоглощающие сопряжённые органические молекулы. В этом контексте «органический» означает углеродосодержащий и не указывает на биологическое происхождение. Для молекул с поглощающей способностью, похожей на эффективные порфириноидные пигменты, требуемая концентрация составила бы примерно 10 граммов на литр.

Исследователи подчёркивают, что они не предлагают хлорофилл, гем или какой-либо конкретный биологический пигмент в качестве ответа. Эти соединения — просто полезные ориентиры, потому что это известные примеры молекул, очень эффективно поглощающих свет.

Форма спектра поглощения

Форма спектра поглощения Венеры добавляет ещё одну важную подсказку. Простые органические соединения в концентрированной серной кислоте могут реагировать, образуя тёмные и химически сложные смолистые смеси. Но такие смеси обычно поглощают свет широко по всему видимому спектру, придавая им коричневый или чёрный цвет. Это не соответствует паттерну, выявленному для Венеры, где поглощение резко падает между 365 и 455 нм.

Если наблюдаемое поглощение света обусловлено сопряжённым органическим веществом, относительно острый профиль поглощения согласуется с химически определённым поглотителем, который устойчив к превращению в смолистую смесь, обычно наблюдаемую с органикой, растворённой в концентрированной серной кислоте.

Ограничения вместо ответов

Результаты исследования, опубликованные в журнале Astrobiology, не сразу выявляют неизвестный поглотитель, но делают список правдоподобных кандидатов более ограниченным. Многие предложенные неорганические кандидаты должны были бы присутствовать в очень высоких концентрациях, чтобы соответствовать требуемому поглощению.

Исследование определяет конкретные количественные требования, которые должны удовлетворять любые предложенные материалы — органические или неорганические. Это включает эффективность поглощения света, необходимую концентрацию, распределение в атмосфере и возможность реального существования в наблюдаемом диапазоне размеров облачных частиц. Учёные теперь могут проверить эти ограничения в лабораторных экспериментах и в конечном итоге сравнить их с прямыми измерениями внутри атмосферы Венеры.