Предполагаемый фосфин на Венере, скорее всего, обычный диоксид серы

В сентябре группа астрономов из Соединенного Королевства объявила про обнаружение химического фосфина в толстых облаках Венеры. Сообщение, основанное на наблюдениях двумя земными радиотелескопами, удивило многих экспертов по Венере.

Атмосфера Земли содержит небольшое количество фосфина, который может вырабатываться жизнью. Фосфин на Венере вызвал слухи о том, что планета могла каким-то образом укрывать жизнь в своих облаках.

После первоначального заявления другие научные группы поставили под сомнение надежность обнаружения фосфина. Группа исследователей из Вашингтонского университета использовала надежную модель условий в атмосфере Венеры, чтобы пересмотреть и всесторонне переосмыслить наблюдения радиотелескопа, лежащие в основе первоначального заявления о фосфине. Как они сообщают в статье, принятой в The Astrophysical Journal и опубликованной 25 января на сайте препринтов arXiv, группа под руководством Великобритании вообще не обнаружила фосфин.

«Данные согласуются с альтернативной гипотезой: вместо фосфина в облаках Венеры они обнаружили диоксид серы», - считает соавтор исследования Виктория Медоуз, профессор астрономии из Университета штата Вашингтон. «Диоксид серы - третье по распространенности химическое соединение в атмосфере Венеры, и это не считается признаком жизни».

Команда показывает, что диоксид серы на уровнях, приемлемых для Венеры, может не только объяснить наблюдения, но и более согласуется с тем, что астрономы знают об атмосфере планеты и ее суровой химической среде, которая включает облака серной кислоты. Кроме того, исследователи показывают, что исходный сигнал возник не в облачном слое планеты, а намного выше, в верхнем слое атмосферы Венеры, где молекулы фосфина будут разрушены за секунды. Это еще больше подтверждает гипотезу того, что сигнал был вызван диоксидом серы.

Каждое химическое соединение поглощает уникальные длины волн электромагнитного спектра, включая радиоволны, рентгеновские лучи и видимый свет. Астрономы используют радиоволны, свет и другие излучения планет, чтобы узнать об их химическом составе, помимо других свойств.

В 2017 году с помощью телескопа Джеймса Клерка Максвелла или JCMT группа под руководством Великобритании обнаружила особенность радиоизлучения Венеры на частоте 266,94 гигагерц. И фосфин, и диоксид серы поглощают радиоволны примерно такой частоты. Чтобы провести различие между ними, в 2019 году одна и та же команда провела последующие наблюдения Венеры с помощью ALMA. Их анализ наблюдений ALMA на частотах, где поглощает только диоксид серы, привел команду к выводу, что уровни диоксида серы на Венере были слишком низкими, чтобы учесть сигнал на 266,94 гигагерц, и что вместо этого он должен исходить от фосфина.

В новом исследовании ученые начали с моделирования условий в атмосфере Венеры и использовали это в качестве основы для всесторонней интерпретации особенностей, которые были видны - и не видны - в наборах данных JCMT и ALMA.

Команда использовала модель для моделирования сигналов фосфина и диоксида серы для разных уровней атмосферы Венеры и того, как эти сигналы будут улавливаться JCMT и ALMA в их конфигурациях 2017 и 2019 годов. Судя по форме сигнала 266,94 гигагерц, полученного JCMT, поглощение происходило не из облачного слоя Венеры. Вместо этого большая часть наблюдаемого сигнала исходила на высоте 50 или более миль над поверхностью в мезосфере Венеры. На такой высоте агрессивные химические вещества и ультрафиолетовое излучение разорвут молекулы фосфина за секунды.

Исследователи также обнаружили, что данные ALMA значительно занижают количество диоксида серы в атмосфере Венеры - наблюдение, которое команда под руководством Великобритании использовала, чтобы утверждать, что большая часть сигнала 266,94 гигагерц была от фосфина.

«Конфигурация антенны ALMA во время наблюдений 2019 года имеет нежелательный побочный эффект: сигналы от газов, которые можно найти почти повсюду в атмосфере Венеры (например, двуокиси серы) дают более слабые сигналы, чем газы, распределенные в меньшем масштабе», сказал соавтор Алекс Акинс, исследователь Лаборатории реактивного движения.

Это явление, известное как разбавление спектральной линии, не повлияло бы на наблюдения JCMT, что привело бы к недооценке того, сколько диоксида серы было обнаружено JCMT.

«Они сделали вывод о низком уровне обнаружения диоксида серы из-за этого искусственно слабого сигнала от ALMA», - сказал Линковски. «Но наше моделирование предполагает, что данные ALMA с линейным разбавлением все еще согласовывались бы с типичными или даже большими количествами двуокиси серы Венеры, что могло бы полностью объяснить наблюдаемый сигнал JCMT».

Благодаря тому, что научные группы по всему миру следят за новыми наблюдениями за окутанным облаками соседом Земли, это новое исследование дает альтернативное объяснение заявлению о том, что что-то геологически, химически или биологически должно генерировать фосфин в облаках. Но хотя этот сигнал, кажется, имеет более простое объяснение - с токсичной атмосферой, сокрушающим давлением и некоторыми из самых высоких температур Солнечной системы за пределами Солнца - Венера остается миром загадок, и нам еще многое предстоит изучить.