Сложный коктейль в облаках Венеры: железо, вода и серная кислота

Новое исследование под руководством профессора Ракеша Могула из Калифорского государственного политехнического университета в Помоне кардинально меняет существовавшие на протяжении десятилетий представления о химическом составе атмосферы Венеры. Работа, опубликованная в журнале «Journal of Geophysical Research: Planets», основана на повторном анализе данных, собранных еще в 1978 году американской миссией «Пионер-Венера» (Pioneer Venus), и выявила в облачных аэрозолях планеты значительные количества воды и железа.

Ключевым открытием стало обнаружение в аэрозолях Венеры сульфата железа и серной кислоты в сопоставимых массовых долях (примерно по 20%), а также массы воды, примерно в три раза превышающей их суммарную массу (около 60%). Этот состав фундаментально обновляет преобладавшую до сих пор модель, согласно которой облака Венеры состоят в основном из высококонцентрированной серной кислоты. Кроме того, новые данные ставят под сомнение устоявшийся тезис об исключительной сухости атмосферы Венеры, где вода считалась крайне ограниченным ресурсом.

Методологической основой исследования стал тщательный пересмотр данных, полученных нейтральным масс-спектрометром Большого зонда (Large Probe Neutral Mass Spectrometer) аппарата «Пионер-Венера». Эти данные после миссии были заархивированы НАСА на микропленке и на протяжении последующих десятилетий практически не привлекали внимания научного сообщества. Инициатива по их повторному изучению возникла в 2021 году в ходе дискуссий между Могулом и Сандаем С. Лимаем из Университета Висконсин-Мэдисон. Благодаря их сотрудничеству с Майклом Уэем из НАСА и Михаилом Золотовым из Университета штата Аризона архивные данные были найдены в Координированном архиве космических данных и оцифрованы.

Исследователи применили метод анализа выделяющегося газа. Суть его заключается в том, что при спуске зонда вглубь атмосферы Венеры собранные воздухозаборниками облачные аэрозоли подвергались воздействию высоких температур. Это вызывало их термическое разложение и высвобождение летучих соединений непосредственно внутрь бортовых приборов. Масс-спектрометр зонда зафиксировал ионы, соответствующие воде (H₂O⁺), диоксиду серы (SO₂⁺), молекулярному кислороду (O₂⁺) и, что особенно важно, оксиду железа (FeO⁺). Последний указывает на наличие в аэрозолях соединений железа.

Полученные выводы были дополнительно подтверждены переинтерпретацией данных с советских посадочных аппаратов «Венера» и «Вега». Анализ показал, что химические датчики этих зондов также зарегистрировали значительное количество воды в облаках, что, по мнению авторов исследования, является следствием незапланированного захвата и анализа тех же самых аэрозольных частиц.

Результаты исследования позволяют предположить, что вода в облаках Венеры присутствует не в свободной форме, а связана в гидратах — соединениях, содержащих молекулы воды в своей кристаллической структуре. К ним могут относиться гидратированный сульфат железа, гидратированный сульфат магния и другие подобные вещества. Команда ученых также выдвигает гипотезу о том, что железо в атмосфере Венеры может иметь метеоритное происхождение, попадая туда в результате аккреции космического материала.

Это открытие имеет далеко идущие последствия. Во-первых, оно требует пересмотра существующих моделей химии и микрофизики облаков Венеры. Во-вторых, наличие значительных запасов воды и специфических соединений железа открывает новые перспективы для дискуссий о потенциальной обитаемости верхних слоев атмосферы Венеры, где условия менее экстремальны, чем на поверхности. Наконец, работа наглядно демонстрирует ценность архивных данных и важность их повторного анализа с применением современных знаний и методик, задавая новые цели для будущих миссий по активному изучению Венеры.