Российские ученые измерили содержание водяного пара в нижних слоях атмосферы Венеры

Водяного пара в атмосфере Венеры очень мало, но он играет важную роль в химических процессах, поскольку участвует в образовании знаменитых венерианских облаков из серной кислоты. Плотная атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа, и сплошной слой облаков из серной кислоты надежно скрывают нижние слои от наблюдателей. 

На дневной стороне солнечный свет, отражаясь от верхушек облаков, полностью затмевает слабое тепловое излучение с поверхности. Однако природа оставила ученым так называемые «окна прозрачности» – отдельные участки теплового излучения в ближнем инфракрасном диапазоне, которые не поглощаются ни углекислотой, ни облачными аэрозолями, и могут пройти через облака. Но «заглянуть» в эти окна можно только с ночной стороны планеты, где нет отраженного солнечного света.

Все о Венере: из чего состоит, какая температура, сколько лететь и почему называют сестрой Земли

Именно эту возможность использовал инфракрасный спектрометр SPICAV, созданный в ИКИ РАН и работавший на борту аппарата «Венера-Экспресс» Европейского космического агентства (ЕКА) с 2006 по 2014 год. В новом исследовании впервые был проанализирован полный архив спектров, полученных на волнах, которые несут информацию об атмосфере на высотах до 15 км.

За восемь лет прибор провел более 2600 сессий наблюдений, получив около 27 тыс. отдельных спектров, покрывающих почти все широты планеты. Каждый спектр ученые сравнивали с тремя разными теоретическими моделями, которые учитывали экстремальные условия Венеры — высокие температуру и давление, влияющие на вид линий поглощения, а также состав атмосферы, рассеяние в облаках и свойства поверхности.

Результаты показали, что объемная доля водяного пара в нижней тропосфере Венеры оценивается в диапазоне от 23.6 до 27.7 частиц на миллион, вне зависимости от того, какая из трех моделей использовалась. Более того, эта концентрация демонстрирует определенное постоянство: она практически не меняется с широтой и лишь ближе к полюсам отмечается легкое снижение показателей, которое, впрочем, может быть связано с погрешностью измерений. Не обнаружено также зависимости от времени суток или высоты в изученном слое.

За все время работы аппарата (почти 13 венерианских лет) не было выявлено каких-либо долговременных тенденций к изменению этих параметров. Полученные данные прекрасно согласуются с более ранними измерениями советских и американских зондов, а также с наземными наблюдениями в других инфракрасных «окнах».

Таким образом, под облачным слоем Венеры царит удивительное постоянство — водяной пар распределен там равномерно и стабильно. Этот факт делает его особенно ценным объектом для изучения. Поскольку собственных запасов воды у поверхности Венеры, вероятно, нет, основным ее источником считается вулканическая дегазация — процесс выброса газов из недр планеты при извержениях. Следовательно мониторинг водяного пара в будущем может стать косвенным, но крайне важным свидетельством современной геологической активности на Венере и раскрыть больше деталей о внутреннем строении Венеры и ее эволюции.

При этом загадки остаются: уже после завершения работы «Венеры-Экспресс» наземные наблюдения зафиксировали снижение концентрации пара на больших высотах (около 62 км), однако причина этому пока не ясна. Чтобы разгадать эту загадку, потребуется больше наблюдений. Надежды возлагаются на индийский аппарат Venus Orbital Mission (запуск не ранее 2028 года), в составе приборов которой будет спектрометр VIRAL от ИКИ РАН, а также на амбициозный российский проект «Венера-Д», включающий орбитальный и посадочный аппараты, чей старт планируется в 2036 году.

Ранее исследователи определили основную причину экстремальных ветров на Венере. Ключ к разгадке скрывался в процессе суточных приливов.