Planetforskare vid University of Colorado Boulder har upptäckt hur Venus, jordens skållande och obeboeliga granne, blev så torr.
Den nya studien fyller i en stor lucka i vad forskarna kallar "vattenberättelsen på Venus". Med hjälp av datorsimuleringar fann teamet att väteatomer i planetens atmosfär susar ut i rymden genom en process som kallas "dissociativ rekombination" – vilket gör att Venus förlorar ungefär dubbelt så mycket vatten varje dag jämfört med tidigare uppskattningar.
Teamet publicerade sina resultat den 6 maj i tidskriften Nature .
Resultaten kan hjälpa till att förklara vad som händer med vatten på en mängd planeter över hela galaxen.
"Vatten är verkligen viktigt för livet", säger Eryn Cangi, en forskare vid Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) och medförfattare till det nya dokumentet. "Vi måste förstå de förhållanden som stöder flytande vatten i universum, och som kan ha producerat Venus mycket torra tillstånd idag."
Venus, tillade hon, är positivt uttorkad. Om du tog allt vatten på jorden och spred det över planeten som sylt på rostat bröd, skulle du få ett vätskeskikt på cirka 3 kilometer (1,9 miles) djupt. Om du gjorde samma sak på Venus, där allt vatten är fångat i luften, skulle du sluta med bara 3 centimeter (1,2 tum), knappt tillräckligt för att få tårna blöta.
"Venus har 100 000 gånger mindre vatten än jorden, även om den i princip är samma storlek och massa", säger Michael Chaffin, medförfattare till studien och forskare vid LASP.
I den aktuella studien använde forskarna datormodeller för att förstå Venus som ett gigantiskt kemilaboratorium, och zoomade in på de olika reaktioner som sker i planetens virvlande atmosfär. Gruppen rapporterar att en molekyl som heter HCO + (en jon som består av en atom vardera av väte, kol och syre) högt uppe i Venus atmosfär kan vara boven bakom planetens utströmmande vatten.
För Cangi, medförfattare till forskningen, avslöjar resultaten nya tips om varför Venus, som förmodligen en gång såg nästan identisk ut med jorden, är nästan oigenkännlig idag.
"Vi försöker ta reda på vilka små förändringar som inträffade på varje planet för att driva dem in i dessa vitt skilda tillstånd", säger Cangi, som tog sin doktorsexamen i astrofysik och planetvetenskap vid CU Boulder 2023.
Venus, noterade hon, var inte alltid en sådan öken.
Forskare misstänker att för miljarder år sedan under bildandet av Venus fick planeten ungefär lika mycket vatten som jorden. Vid något tillfälle slog katastrofen till. Moln av koldioxid i Venus atmosfär startade den mest kraftfulla växthuseffekten i solsystemet och höjde så småningom temperaturen vid ytan till 900 grader Fahrenheit. Under processen förångades allt Venus vatten till ånga och det mesta drev iväg ut i rymden.
Men den uråldriga avdunstning kan inte förklara varför Venus är så torr som den är idag, eller hur den fortsätter att förlora vatten till rymden.
"Som en analogi, säg att jag dumpade vattnet i min vattenflaska. Det skulle fortfarande finnas några droppar kvar", sa Chaffin.
På Venus försvann dock nästan alla de kvarvarande dropparna också. Den skyldige, enligt det nya verket, är svårfångade HCO + .
Chaffin och Cangi förklarade att i planetariska övre atmosfärer blandas vatten med koldioxid för att bilda denna molekyl. I tidigare forskning rapporterade forskarna att HCO + kan vara ansvarig för att Mars förlorade en stor del av sitt vatten.
Så här fungerar det på Venus:HCO + produceras konstant i atmosfären, men enskilda joner överlever inte länge. Elektroner i atmosfären hittar dessa joner och rekombinerar för att dela jonerna i två. Under processen glider väteatomer iväg och kan till och med fly ut i rymden helt och hållet – vilket berövar Venus på en av vattnets två komponenter.
I den nya studien beräknade gruppen att det enda sättet att förklara Venus torra tillstånd var om planeten hade större volymer av HCO + än förväntat. i dess atmosfär. Det finns en twist till lagets resultat. Forskare har aldrig observerat HCO + runt Venus. Chaffin och Cangi menar att det beror på att de aldrig har haft instrumenten för att se ordentligt ut.
Medan dussintals uppdrag har besökt Mars under de senaste decennierna, har mycket färre rymdskepp rest till den andra planeten från solen. Ingen har burit instrument som kan detektera HCO + som driver lagets nyupptäckta flyktväg.
"En av de överraskande slutsatserna av detta arbete är att HCO + borde faktiskt vara bland de vanligaste jonerna i Venus-atmosfären," sa Chaffin.
På senare år har dock ett växande antal forskare siktat in sig på Venus. NASA:s planerade Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging (DAVINCI) uppdrag kommer till exempel att släppa en sond genom planetens atmosfär hela vägen till ytan. Den är planerad att lanseras i slutet av decenniet.
DAVINCI kommer inte att kunna upptäcka HCO + , antingen, men forskarna är hoppfulla om att ett framtida uppdrag kan avslöja en annan viktig del av berättelsen om vatten på Venus.
"Det har inte varit många uppdrag till Venus," sa Cangi. "Men nyligen planerade uppdrag kommer att dra nytta av decennier av kollektiv erfarenhet och ett blomstrande intresse för Venus för att utforska extremerna av planetariska atmosfärer, evolution och beboelighet."
Mer information: Michael Chaffin, Venus vattenförlust domineras av HCO + dissociativ rekombination, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07261-y. www.nature.com/articles/s41586-024-07261-y
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av University of Colorado i Boulder
