Un mister vechi de un secol din norii lui Venus a devenit și mai straniu

În lumina vizibilă, Venus este o planetă galben-pal, aproape fără trăsături. În ultraviolete, imaginea se schimbă radical: formațiuni întunecate și luminoase străbat norii superiori de acid sulfuric. Oamenii de știință observă aceste modele de aproximativ un secol, dar substanța care le produce, cunoscută drept „absorbantul necunoscut”, nu a fost identificată niciodată.

O echipă internațională de cercetători a stabilit acum noi limite numerice pentru ce ar trebui să fie acest material. Pe baza observațiilor asupra planetei și a modelării transferului radiativ, echipa a estimat cât de puternic trebuie să absoarbă lichidul din picăturile de nor lumina ultravioletă și albastră pentru a se potrivi cu ce văd sondele spațiale și telescoapele.

Rezultatul nu rezolvă misterul. Îl face mai greu de explicat.

Norii lui Venus, într-o cuvă de laborator

Studiul, publicat în revista Astrobiology, a abordat problema neobișnuit. Autorul principal, dr. Jan Spacek, s-a întrebat cum ar arăta materialul norilor dacă picăturile ar putea fi colectate într-o cuvă spectrometrică și studiate ca lichid în vrac.

Distincția contează, fiindcă un nor poate arăta foarte diferit de materialul din care sunt făcute particulele lui.

Fumul de țigară e un exemplu familiar. Pare alb, pentru că particulele lui submicrometrice împrăștie lumina extrem de eficient. Colectate însă într-un balon, aceleași particule formează o suspensie densă de tutun ars, un nămol asemănător gudronului.

Norii lui Venus s-ar putea comporta după un principiu optic similar, deoarece distribuția dimensiunilor particulelor lor e comparabilă cu cea a fumului de țigară. Așadar, norii care par galben-pal de la distanță ar putea conține un lichid surprinzător de întunecat atunci când e concentrat.

„Modelul nostru se întreabă, de fapt, ce s-ar întâmpla dacă am putea colecta acel material din nor într-o cuvă și l-am introduce într-un spectrometru de laborator. Acest lucru este important, deoarece absorbția luminii într-un lichid în vrac poate fi corelată cu concentrația materialului care absoarbe lumina din soluție”, a spus Jan Spacek, de la Fundația pentru Evoluție Moleculară Aplicată, SUA.

O cerință optică extremă: enigma cifrei de 1.278 cm⁻¹

Pentru a face posibilă comparația, cercetătorii au combinat observațiile cu un model de transfer radiativ, care urmărește cum lumina e împrăștiată și absorbită în mod repetat de picăturile de nor și de moleculele atmosferice. Apoi au convertit măsurătorile astronomice într-o mărime obișnuită în spectroscopia UV-vizibilă de laborator: coeficientul de absorbție al lichidului din care sunt formate picăturile.

„Cheia este că particulele norilor de pe Venus împrăștie lumina solară foarte eficient, astfel încât luminozitatea observată din spațiu nu poate fi comparată direct cu absorbția unui lichid în vrac măsurată în laborator. Prin luarea în considerare a împrăștierii și a absorbției de către particulele norilor și atmosferă, modelul ne permite să estimăm cât de puternic trebuie să absoarbă lumina lichidul din picăturile norilor”, a declarat dr. Yeon Joo Lee, de la Grupul pentru Atmosfere Planetare al Institutului pentru Științe Fundamentale (IBS) din Coreea de Sud, care a efectuat calculele de transfer radiativ.

În intervalul modelat, de 365–455 nm, coeficientul de absorbție decadic necesar atinge aproximativ 1.278 cm⁻¹ la 375 nm.

Cifra este copleșitoare. În termeni practici, un coeficient de 1.278 cm⁻¹ înseamnă că o peliculă de lichid cu o grosime de numai 8 micrometri — de 10 ori mai subțire decât un fir de păr uman — ar înghiți 90% din lumina ultravioletă care încearcă să o străpungă. Cu alte cuvinte, substanța misterioasă fie are o putere de absorbție uriașă, fie se găsește într-o concentrație masivă în interiorul fiecărei picături de acid sulfuric.

Pista moleculelor de carbon: o chimie organică, dar nu neapărat vie

O clasă posibilă de substanțe capabile de o asemenea absorbție o reprezintă moleculele organice conjugate cu putere mare de absorbție. „Organic” înseamnă aici doar „pe bază de carbon” și nu indică o proveniență din forme de viață.

Pentru molecule cu puteri de absorbție similare pigmenților porfirinoizi eficienți, concentrația necesară ar fi de aproximativ 10 grame pe litru.

Cercetătorii subliniază că nu sugerează că clorofila, hemul sau vreun alt pigment biologic ar fi responsabil pentru trăsăturile ultraviolete ale lui Venus. Acești compuși sunt doar repere utile, ca exemple cunoscute de molecule care absorb lumina foarte eficient.

Forma spectrului de absorbție adaugă un indiciu important. Compușii organici simpli puși în acid sulfuric concentrat pot reacționa și forma amestecuri întunecate, complexe chimic, „asemănătoare gudronului”. Aceste amestecuri absorb însă de obicei lumina pe o bandă largă din spectrul vizibil, de unde aspectul lor maro sau negru. Pe Venus, absorbția dedusă scade brusc între 365 și 455 nm, iar comportamentul nu se potrivește.

E ca și cum astronomii ar căuta o singură notă muzicală curată într-un vacarm asurzitor: compușii organici obișnuiți ar fi trebuit să se degradeze într-un amestec haotic care blochează lumina pe toate culorile. Faptul că absorbția se oprește brusc sugerează o moleculă «încăpățânată», cu o structură bine definită, capabilă să reziste băii de acid fără să se descompună.

„Dacă absorbția luminii observată se datorează materiei organice conjugate, profilul de absorbție relativ pronunțat este compatibil cu un absorbant definit din punct de vedere chimic, care rezistă transformării în amestecul asemănător gudronului pe care îl observăm de obicei în cazul compușilor organici dizolvați în acid sulfuric concentrat”, a spus Spacek.

Mai puțini candidați, mister mai adânc

În loc să identifice absorbantul, rezultatele restrâng lista candidaților plauzibili.

„Paradoxal, impunând constrângeri suplimentare asupra absorbantului necunoscut, s-ar putea să fi făcut misterul și mai intrigant”, a spus Janusz J. Petkowski, de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Wroclaw, Polonia.

Nici explicațiile anorganice nu scapă ușor. „Modelul impune o constrângere exigentă asupra oricărui absorbant propus. Mulți dintre candidații anorganici propuși ar trebui să fie prezenți în concentrații foarte mari pentru a corespunde absorbției necesare”, a spus Paul B. Rimmer, de la Universitatea din Cambridge, Marea Britanie.

Descoperirile nu demonstrează că există viață în norii lui Venus și nu stabilesc că absorbantul este organic. Cercetarea definește în schimb cerințe cantitative precise pe care orice material propus, organic sau anorganic, trebuie să le îndeplinească: cât de eficient absoarbe lumina, în ce concentrație, cum e distribuit în atmosferă și dacă poate exista realist în intervalul observat de dimensiuni ale particulelor din nori.

Sondele viitorului: cum va fi căutată substanța direct la fața locului

Constrângerile pot fi verificate acum în experimente de laborator și, în cele din urmă, comparate cu măsurători făcute chiar în atmosfera lui Venus.

Inițiativa „Morning Star Missions to Venus” dezvoltă tehnici in situ pentru studierea compoziției chimice a norilor, inclusiv căutarea de molecule organice complexe și măsurători care ar putea ajuta la identificarea absorbantului necunoscut.

Unul dintre instrumentele de bază proiectate pentru viitoarea misiune Rocket Lab este un nefelometru de autofluorescență. În termeni simpli, aparatul va bombarda picăturile de nor cu o rază laser pentru a vedea dacă acestea «răspund» strălucind — o licărire fluorescentă caracteristică anumitor molecule organice complexe atunci când sunt excitate optic.

Timp de un secol, Venus și-a ascuns secretele în spatele unui văl orbitor și înșelător de galben-pal. Transformând astronomia de la distanță într-un experiment riguros de eprubetă, oamenii de știință știu acum exact ce caută: nu doar o simplă urmă spectrală, ci o substanță de o întunecime și o concentrare aproape neverosimile, ascunsă chiar în inima picăturilor de acid.

Merită să știe și alții asta?

Votează dacă ți-a plăcut articolul.

DA NU