На онлайн-конференции, которую проводил 14 сентября 2020 года коллектив из Кардиффского университета, случилась научная сенсация. Учёные потрясли мир, рассказав об обнаружении в атмосфере Венеры биомаркера — следов газа, который на Земле производится в основном биологическими процессами. Этот газ называется фосфин, его молекула состоит из атома фосфора и трёх атомов водорода. Он чрезвычайно токсичен, концентрация всего в 10 миллиграмм на кубический метр смертельна для человека. Тем не менее, он образуется на Земле в ходе жизнедеятельности анаэробных бактерий.
Авторы исходного исследования обнаружили спектральные линии фосфина Венеры с помощью телескопов JCMT и ALMA. Вскоре стало известно, что следы этого газа нашли и в архивных данных космического аппарата Pioneer 13, который обследовал планету ещё в 1978 году. Фосфин легко вступает в химические реакции, поэтому для того, чтобы его можно было обнаружить в атмосфере Венеры, на планете должен существовать его постоянный источник. Авторы оригинального исследования оценили производительность известных абиогенных процессов и пришли к выводу, что их недостаточно для создания наблюдаемой концентрации газа. Это означает, что самым вероятным источником фосфина они считали инопланетную жизнь.
Ещё Карл Саган говорил: «Экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств». Погрешности измерений у авторов нашумевшей работы, однако, были очень высокими. Другие коллективы учёных указали на ошибки в их методике подсчётов. После коррекции и калибровки данных наблюдаемая концентрация фосфина уменьшилась на порядок. Затем выяснилось, что спектральная линия, с помощью которой его идентифицировали, соответствует ещё и сернистому газу. Впрочем, этот факт не исключает вероятности существования фосфина в атмосфере Венеры.
В новой работе, которую недавно опубликовал научный журнал Nature Astronomy, американские учёные из Корнеллского университета предложили новый правдоподобный механизм абиогенного образования фосфина на Венере. Для этого оказалось достаточно наличия небольшого количества фосфидов — соединений фосфора с такими элементами, как железо, магний и прочих — в вулканической пыли.
Согласно новой гипотезе, фосфиды попадают из глубоких слоёв мантии Венеры на поверхность с помощью вулканической активности — мантийного плюма. Затем, при взрывных извержениях вулканов, они попадают в атмосферу и реагируют там с серной кислотой высоко в облаках, образуя фосфин. Чтобы пепел с фосфидами поднялся до нужного облачного слоя, мощность извержений должна быть сопоставима со взрывом вулкана Кракатау в 1883 году. Авторы отмечают, что такие крупные катаклизмы могут объяснить ещё и эпизодические скачки содержания диоксида серы на высоте 70 км над поверхностью Венеры, которые обнаружил Pioneer 13.
Химическая реакция образования фосфина при реакции фосфидов с серной кислотой в отсутствии воды продемонстрирована лабораторными экспериментами у других авторов. В магме, которая поднимается к вулканам из глубины планеты, концентрация фосфидов должна быть выше, чем в коре. С учётом скорости распада фосфина в атмосфере под действием ультрафиолетовых лучей, авторы подсчитали, что для поддержания постоянного уровня этого газа в атмосфере Венеры достаточно объёма выбрасываемой мелкодисперсной вулканической пыли в 0,15 кубических километра в год.
Но достаточно ли Венера вулканически активна? По эпизодическим всплескам содержания диоксида серы в верхушках облаков можно предположить, что извержения там всё-таки происходят. Из-за высокой плотности атмосферы облака вулканического пепла поднимаются на высоту только в 60 процентов от того, как они могли бы подняться при извержении той же силы на Земле. Поэтому только действительно мощное извержение на Венере способно доставить на высоту в 70 километров достаточно фосфидов. Если такие извержения редки, то наличие фосфина в атмосфере может быть временным явлением.
О возможности взрывного вулканизма можно судить по характеру морфологии Венеры: там есть конусы вулканов и следы пирокластических потоков. Один из них настолько громадный, что для его появления понадобилось намного большее извержение, чем произошедшие на Земле в доисторические времена взрывы супервулканов Таупо, Йеллоустоун и Тоба. Наблюдения в инфракрасном диапазоне при помощи автоматической орбитальной станции Venus Express позволили идентифицировать застывшие лавовые потоки возрастом всего в несколько десятков или сотен лет. Подсчёт суммарного количества свежих вулканических отложений, которые зарегистрировал космический аппарат, даёт величину вулканической активности, сопоставимую с земным периодом, когда существовали Деканские траппы — трещины в земной коре, через которые на поверхность изливались огромные озёра магмы. Порядка 60-68 миллионов лет назад они покрыли лавовыми потоками площадь около 1,5 миллионов квадратных километров в Индии. Эта катастрофа произошла примерно в одно время с падением астероида, который образовал кратер Чишкулуб, и, возможно, была им вызвана. Два экстремальных катаклизма привели к крупному мел-палеогеновому вымиранию, в ходе которого исчезли динозавры.
На Земле, однако, вулканы не производят столько фосфина. Авторы объясняют это двумя причинами. Во-первых, серная кислота в облаках Венеры намного эффективнее реагирует с фосфидами в вулканических выбросах, чем в земных облаках, и поэтому выделяется больше фосфина. Во-вторых, из-за высокой концентрации в атмосфере Земли гидроксильных радикалов, фосфин на нашей планете распадается намного быстрее — за несколько дней вместо нескольких лет. Поэтому концентрация этого газа в нашей атмосфере примерно в миллион раз ниже, чем на Венере.
Таким образом, вероятность существования жизни в атмосфере Венеры практически исключается — и это если оставить в стороне вопрос о надежности обнаружения фосфина как такового. Но всё яснее становятся видны новые представления о Венере как о вулканически активном мире, и подтвердить их смогут космические аппараты, которые многие агентства планируют отправить к этой планете в ближайшую пару десятилетий.
Автор: Дмитрий Логинов
Источник: www.pnas.org