Венерианская загадка: неизвестное вещество в облаках поглощает рекордное количество ультрафиолета

Новые исследования устанавливают строгие ограничения на неизвестное «вещество», ответственное за тёмные ультрафиолетовые пятна на Венере, предполагая, что оно должно поглощать солнечный свет с удивительной эффективностью или существовать в необычно высоких концентрациях.

В видимом диапазоне длин волн Венера выглядит спокойной и бледно-жёлтой. Однако с 1920-х годов астрономы фиксируют высококонтрастные особенности в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, которые отслеживают четырёхдневное супервращение верхнего облачного слоя планеты и сильно меняются во времени и пространстве.

Идентификация поглотителя УФ-излучения остаётся неизвестной, поскольку ни один из предложенных кандидатов полностью не соответствует всем данным наблюдений. В новом исследовании Ян Спейсек из Фонда прикладной молекулярной эволюции и его коллеги оценили, насколько сильно жидкость внутри капель венерианских облаков должна поглощать свет, чтобы воспроизвести наблюдаемое на планете ультрафиолетовое и синее отражение.

Учёные объединили наблюдения Венеры с моделью переноса излучения, учитывающей многократное рассеяние облачными каплями и молекулами атмосферы. Они преобразовали астрономические данные в величину, обычно измеряемую в лабораторной УФ-видимой спектроскопии: коэффициент поглощения основной массы облачной жидкости.

«Ключевой момент заключается в том, что частицы облаков Венеры очень эффективно рассеивают солнечный свет, поэтому яркость, наблюдаемая из космоса, не может быть напрямую сопоставлена с поглощением жидкости в больших объёмах, измеренным в лаборатории», — пояснила Ён Джу Ли из Института фундаментальных наук Южной Кореи.

В пределах смоделированного диапазона 365–455 нм требуемый десятикратный коэффициент поглощения достигает приблизительно 1278 см⁻¹ при 375 нм. Полученные данные указывают на то, что неизвестный поглотитель либо очень эффективно поглощает свет, либо присутствует в очень высокой концентрации, либо и то, и другое.

Высокоабсорбирующие сопряжённые органические молекулы могут удовлетворить это требование, однако под органическими здесь понимаются соединения на основе углерода, и это не подразумевает биологического происхождения. Для молекул с высокой светопоглощающей способностью, характерной для эффективных порфириноидных пигментов, потребовалась бы концентрация порядка 10 граммов на литр.

Авторы подчёркивают, что они не предлагают хлорофилл, гем или какой-либо конкретный биологический пигмент в качестве поглотителя света на Венере — эти соединения служат лишь известными примерами эффективных поглотителей. Форма спектра накладывает ещё одно важное ограничение: простые органические соединения, подвергнутые воздействию концентрированной серной кислоты, могут образовывать тёмные смолоподобные смеси, но они поглощают свет в широком диапазоне, что не соответствует резкому снижению поглощения, наблюдаемому для Венеры в диапазоне от 365 до 455 нм.

«Парадоксально, но, наложив дополнительные ограничения на неизвестный поглотитель, мы, возможно, сделали эту загадку ещё более интригующей», — заключил Януш Петковский из Вроцлавского университета науки и техники. Модель накладывает жёсткие ограничения на любой предлагаемый поглотитель, и многие из предложенных неорганических соединений должны присутствовать в очень высоких концентрациях, чтобы обеспечить требуемое поглощение.

Результаты были опубликованы в журнале Astrobiology.