"Bliźniaczka Ziemi" ma tlen. Nawet więcej niż sądzono

Niemieccy astrofizycy dokonali pierwszej obserwacji atomów tlenu w atmosferze Wenus, po jej dziennej stronie. Tlen obserwowano już wcześniej po nocnej stronie sąsiedniej planety, ale nowe badania wykazały, że jest on znacznie bardziej rozpowszechniony. Odkrycia te mogą potencjalnie pomóc w lepszym zrozumieniu różnic między atmosferą Wenus i Ziemi oraz wesprzeć przyszłe misje na "bliźniaczkę Ziemi".

We wcześniejszych obserwacjach badacze wykryli obecność tlenu atomowego w atmosferze po ciemnej stronie Wenus, gdzie emituje on słabą poświatę. Ale do tej pory nie zaobserwowano go po słonecznej stronie. Aż do teraz. Niemieccy naukowcy przeglądnęli dane zebrane przez obserwatorium SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). Skupili się na 17 punktach w górnych warstwach atmosfery planety. We wszystkich znaleźli dowody na obecność tlenu atomowego. To pierwsze wykrycie tlenu w postaci atomowej po dziennej stronie Wenus.

Rezultaty i opis badań ukazał się na łamach pisma "Nature Communications" (DOI: 10.1038/s41467-023-42389-x).

Ziemia i Wenus to skaliste planety o mniej więcej tej samej wielkości i składzie chemicznym skał. Z tej przyczyny Wenus często bywa nazywana "bliźniaczką Ziemi" lub "siostrą Ziemi". Jednak na tym podobieństwa się kończą.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Już samo zbadanie powierzchni Wenus jest niezwykle trudne. Atmosfera planety w ogóle nie przypomina tej ziemskiej. Jest ona nie tylko gęsta, ale i niezwykle toksyczna, czego skutkiem są częste opady deszczy kwasu siarkowego. Co więcej, temperatura na powierzchni osiąga nieprawdopodobne jak na ziemskie warunki prawie 500 stopni Celsjusza! Ciśnienie tam panujące jest 92 razy większe niż na naszej planecie, a gęsta atmosfera w 96 proc. składa się z dwutlenku węgla. Z przetrwaniem w tych ekstremalnych warunkach problemy mają nawet lądowniki.

Ale, jak wskazują badacze, nie zawsze tak było. Przy podobnej wielkości i składzie, co nasza planeta, Wenus mogła kiedyś być znacznie bardziej podobna do Ziemi.

Planetolodzy od dawna podejrzewali, że atomowa forma tlenu występuje w atmosferze Wenus zarówno po dziennej, jak i jej nocnej stronie. Chociaż w atmosferze planety zmierzono wysoki poziom tlenku i dwutlenku węgla, znalezienie dowodów na obecność tlenu atomowego okazało się trudniejsze ze względu na jego reaktywność — ma on tendencję do szybkiego wiązania się z innymi napotykanymi pierwiastkami.

Najnowsze analizy danych zebranych przez wycofany już z użytku teleskop SOFIA wskazują na obecność tlenu atomowego w atmosferze Wenus, co stanowi pierwsze bezpośrednie wykrycie na dziennej półkuli planety. Nowo opublikowane badania nie tylko pokazują, że tlen jest znacznie bardziej rozpowszechniony na Wenus, ale także dają pewien wgląd w procesy, które go tworzą i rozprowadzają.

Na Ziemi tlen atomowy powstaje na dużych wysokościach w wyniku fotodysocjacji tlenu cząsteczkowego pod wpływem fotonów. Prawdopodobnie podobny proces zachodzi na Wenus. Naukowcy sugerują, że tlen powstaje w wyniku rozbicia cząsteczek tlenku węgla i dwutlenku węgla przez światło słoneczne. Według nich, atomy te przedostają się na ciemną stronę planety dzięki silnym wiatrom w atmosferze Wenus. Wenus obraca się tak wolno – jej dzień jest dłuższy niż rok – że wiatry występujące na dużych wysokościach poruszają się szybciej niż obrót planety. Po ciemnej stronie planety atomy tlenu prawdopodobnie łączą się, tworząc tlen cząsteczkowy i reagują również z innymi pierwiastkami. Pomimo tej redystrybucji gęstość tlenu jest do pięciu razy większa w atmosferze w ciągu dnia niż w nocy.

Zespół badawczy sugeruje również, że tlen atomowy występuje w wystarczająco dużych ilościach, aby odgrywać ważną rolę w atmosferze Wenus i prawdopodobnie ma działanie chłodzące na planetę. Jak wskazują naukowcy, kiedy pojedyncze atomy tlenu zderzają się z innymi cząsteczkami, takimi jak dwutlenek węgla, energia jest przenoszona do cząsteczki, a następnie wypromieniowywana. Rezultatem jest ochłodzenie górnych warstw atmosfery Wenus. Bez tego procesu najgorętsza planeta Układu Słonecznego byłaby jeszcze gorętsza.

Tlen atomowy koncentruje się na wysokości około 100 kilometrów. Atmosfera ziemska jest na tej wysokości bardzo rzadka. Wysokość 100 kilometrów często uważa się za granicę, od której zaczyna się przestrzeń kosmiczna. Ale atmosfera Wenus jest znacznie gęstsza.

Wykrycie tlenu atomowego w atmosferze Wenus zapewni naukowcom wyjątkową okazję do badania zmian atmosferycznych, szczególnie w regionie, w którym tlen atomowy jest najbardziej rozpowszechniony, czyli w regionie położonym od 90 do 120 kilometrów nad powierzchnią planety. Region ten ma znaczenie, ponieważ służy jako strefa przejściowa pomiędzy dwoma dominującymi wzorcami cyrkulacji atmosferycznej.