Science

Χημική ουσία που δεν πρέπει να εντοπίζεται στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης

Μεγέθυνση / Η φασματική υπογραφή της φωσφίνης τοποθετείται πάνω σε μια εικόνα της Αφροδίτης.

Σήμερα, οι ερευνητές ανακοινώνουν ότι έχουν παρατηρήσει μια χημική ουσία στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης που δεν έχει δικαίωμα να βρίσκεται εκεί. Η χημική ουσία, η φωσφίνη (ένα άτομο φωσφόρου που συνδέεται με τρία υδρογόνα), θα ήταν ασταθής στις συνθήκες που βρέθηκαν στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης και δεν υπάρχει προφανής τρόπος για τη χημεία του πλανήτη να δημιουργήσει μεγάλο μέρος της.

Αυτό οδηγεί σε πολλές εικασίες σχετικά με την εξίσου απίθανη προοπτική ζωής που επιβιώνει κάπως στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Αφροδίτης. Όμως, πολλά για αυτό το έργο απαιτούν συμβολή από άτομα που δεν εμπλέκονται στην αρχική μελέτη, την οποία η σημερινή δημοσίευση είναι πιθανό να ζητήσει. Ενώ υπάρχουν σίγουρα λόγοι να πιστεύουμε ότι η φωσφίνη υπάρχει στην Αφροδίτη, η ανίχνευσή της απαιτούσε κάποια πολύπλοκη ανάλυση υπολογιστή. Και σίγουρα υπάρχουν μερικοί δημιουργικοί χημικοί που θα θέλουν να ξανασκεφτούν την πιθανή χημεία του πλησιέστερου γείτονά μας.

Τι είναι η φωσφίνη;

Ο φωσφόρος είναι μία σειρά κάτω από το άζωτο στον περιοδικό πίνακα. Και όπως το άζωτο μπορεί να συνδυαστεί με τρία άτομα υδρογόνου για να σχηματίσει τη γνωστή αμμωνία, ο φωσφόρος μπορεί να συνδεθεί με τρία υδρογόνα για να σχηματίσει φωσφίνη. Υπό συνθήκες που μοιάζουν με τη Γη, η φωσφίνη είναι αέριο, αλλά όχι ευχάριστο: είναι εξαιρετικά τοξικό και έχει την τάση να καίει αυθόρμητα παρουσία οξυγόνου. Και αυτό το μεταγενέστερο χαρακτηριστικό είναι γιατί δεν το βλέπουμε μεγάλο μέρος σήμερα. είναι απλά ασταθές παρουσία οξυγόνου.

Κάνουμε μερικά από αυτά για δικές μας χρήσεις. Και μερικά μικρόβια που ζουν σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο το παράγουν επίσης, αν και δεν έχουμε εντοπίσει ούτε τη βιοχημική διαδικασία που το κάνει ούτε τα ένζυμα που εμπλέκονται. Ωστόσο, οποιαδήποτε φωσφίνη που καταφέρνει να διαφύγει στην ατμόσφαιρα τρέχει γρήγορα σε οξυγόνο και καταστρέφεται.

Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει σε άλλους πλανήτες. Οι γίγαντες φυσικού αερίου όπως ο Δίας το έχουν. Αλλά έχουν επίσης αφθονία υδρογόνου στην ατμόσφαιρά τους και χωρίς οξυγόνο, επιτρέποντας σε χημικές ουσίες όπως φωσφίνη, μεθάνιο και αμμωνία να επιβιώσουν στην ατμόσφαιρα. Και η έντονη θερμότητα και πίεση πιο κοντά στον πυρήνα ενός γίγαντα αερίου παρέχουν συνθήκες στις οποίες η φωσφίνη μπορεί να σχηματιστεί αυθόρμητα.

READ  Οι πλούσιοι σε άνθρακα εξωπλανήτες μπορεί να είναι κατασκευασμένοι από διαμάντια

Έχουμε λοιπόν ένα σαφές χάσμα μεταξύ των γιγαντιαίων αερίων, με ατμόσφαιρες πλούσιες σε υδρογόνο, όπου μπορεί να σχηματιστεί φωσφίνη και βραχώδεις πλανήτες, όπου το οξειδωτικό περιβάλλον πρέπει να διασφαλίσει ότι καταστρέφεται. Για αυτόν τον λόγο, οι άνθρωποι έχουν προτείνει ότι η φωσφίνη μπορεί να είναι μια βιογραφία που μπορούμε να ανιχνεύσουμε στην ατμόσφαιρα των βραχώδεις πλανητών: γνωρίζουμε ότι παράγεται από τη ζωή στη Γη και είναι απίθανο να υπάρχει σε αυτούς τους πλανήτες, εκτός εάν αντικαθίσταται συνεχώς. Έτσι κατέληξαν ορισμένοι ερευνητές ένα τηλεσκόπιο στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης.

Ψάχνετε για πινακίδες

Συγκεκριμένα, οι ερευνητές στράφηκαν στα 15 μέτρα Τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell τηλεσκόπιο στη Χαβάη. Το JCMT μπορεί να απεικονίσει μήκη κύματος περίπου ένα χιλιοστό, κάτι που είναι ενδιαφέρον για την ατμόσφαιρα της Αφροδίτης. Η καυτό χαμηλότερη ατμόσφαιρα της Αφροδίτης παράγει μια αφθονία ακτινοβολίας σε αυτήν την περιοχή του φάσματος. Και η φωσφίνη απορροφά σε συγκεκριμένο μήκος κύματος στην περιοχή. Έτσι, εάν η φωσφίνη υπάρχει στην ανώτερη ατμόσφαιρα, η παρουσία της θα πρέπει να δημιουργήσει ένα κενό σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία στην πλημμύρα της ακτινοβολίας που παράγεται από την κατώτερη ατμόσφαιρα της Αφροδίτης.

Κατ ‘αρχήν, αυτή είναι μια εξαιρετικά απλή παρατήρηση. Στην πραγματικότητα, ωστόσο, είναι λίγο εφιάλτης, επειδή τα επίπεδα είναι τόσο χαμηλά. Εδώ στη Γη, όπου γνωρίζουμε ότι παράγεται φωσφίνη, το επίπεδο σταθερής κατάστασης στην ατμόσφαιρα βρίσκεται στην περιοχή ενός μέρους ανά τρισεκατομμύριο επειδή καταστρέφεται τόσο γρήγορα. Η Αφροδίτη κινείται επίσης σε σχέση με τη Γη, που σημαίνει ότι η θέση οποιουδήποτε σήματος πρέπει να προσαρμοστεί ώστε να λαμβάνει υπόψη τη μετατόπιση του Doppler. Τέλος, οποιοδήποτε σήμα θα ήταν επίσης περίπλοκο από αυτό που οι ερευνητές αποκαλούν “κυματισμοί” ή περιπτώσεις όπου τμήματα του φάσματος υποβλήθηκαν σε αντανάκλαση κάπου μεταξύ της Αφροδίτης και του τηλεσκοπίου.

Αυτά απαιτούσαν εκτεταμένη επεξεργασία υπολογιστών των δεδομένων τηλεσκοπίου. Φαινομενικά, όμως, προς έκπληξη των επιστημόνων, αυτή η ανάλυση φαίνεται να δείχνει την παρουσία φωσφίνης. (Στην εφημερίδα τους, οι ερευνητές γράφουν: “Ο στόχος ήταν ένα σημείο αναφοράς για τις μελλοντικές εξελίξεις, αλλά απροσδόκητα, οι αρχικές μας παρατηρήσεις πρότειναν ένα ανιχνεύσιμο ποσό της Αφροδίτης PH3 ήταν παρόν. “) Έτσι, κάποιος άλλος επαναλάμβανε την ανάλυση ανεξάρτητα. Το σήμα ήταν ακόμα εκεί. Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν επίσης ότι η προσέγγισή τους ήταν σε θέση να ανιχνεύσει νερό με δευτέριο, ένα ισότοπο υδρογόνου, το οποίο γνωρίζουμε ότι υπάρχει στην ατμόσφαιρα του Αφροδίτη. Επίσης, απέκλεισαν την πιθανότητα να αναγνωρίσουν εσφαλμένα μια γραμμή απορρόφησης διοξειδίου του θείου που βρίσκεται κοντά.

READ  Coronavirus: Η επιδημία του ΗΒ αυξάνεται καθώς ο αριθμός R υπερβαίνει το 1

Με τα προφανή προβλήματα που αποκλείστηκαν, πήραν χρόνο με ένα δεύτερο τηλεσκόπιο. Αυτό το δεύτερο τηλεσκόπιο ήταν το Μεγάλη σειρά χιλιοστών Atacamaή ALMA. Έχει πολύ καλύτερη ικανότητα επίλυσης, επιτρέποντας στους ερευνητές να αντιμετωπίζουν την Αφροδίτη ως περισσότερο από μια σημειακή πηγή φωτός. Αυτό επιβεβαίωσε ότι το σήμα φωσφίνης ήταν ακόμα εκεί και πιο έντονο στα μεσαία πλάτη ενώ φαινόταν να απουσιάζει από τους πόλους και τον ισημερινό. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει σε ιστότοπους όπου υπάρχει περισσότερη ατμοσφαιρική κυκλοφορία από πάνω προς τα κάτω.

Οι ερευνητές κατέληξαν τελικά στο συμπέρασμα ότι η φωσφίνη είναι παρούσα, σε επίπεδα στην περιοχή των 20 μερών ανά δισεκατομμύριο.

Πώς στον κόσμο το έφτασε εκεί;

Υποθέτοντας ότι η ανάλυση καθυστερεί, το μεγάλο ερώτημα γίνεται πώς φτάνει η φωσφίνη. Οι ερευνητές υπολόγισαν πόσο γρήγορα θα καταστράφηκε από τις συνθήκες στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης και το χρησιμοποίησαν για να υπολογίσουν πόση φωσφίνη θα χρειαζόταν να παραχθεί για να διατηρήσει τα 20 μέρη ανά δισεκατομμύριο επίπεδα. Και έπειτα έψαχναν για κάποια χημική αντίδραση που θα μπορούσε να προκαλέσει τόσο πολύ.

Και, λοιπόν, δεν υπάρχει πληθώρα καλών επιλογών. Υπό τις συνθήκες που επικρατούν στην ατμόσφαιρα, τόσο ο φωσφόρος όσο και το υδρογόνο συνήθως θα οξειδωθούν και δεν υπάρχει τίποτα από τα δύο. Ενώ η ηλιακή ακτινοβολία θα μπορούσε ενδεχομένως να απελευθερώσει μέρος του υδρογόνου που υπάρχει, θα το έκανε πολύ αργά και η θερμοδυναμική θα έδειχνε ότι είναι πιο πιθανό να αντιδράσει με κάτι διαφορετικό από το φώσφορο. Ομοίως, οι οδοί αντίδρασης που βασίζονται στον πιθανό ηφαιστειακό της Αφροδίτης δεν θα παράγουν αρκετή φωσφίνη από παράγοντες περίπου ενός εκατομμυρίου.

Όλα αυτά οδηγούν τους ερευνητές σε ένα κάπως απογοητευτικό συμπέρασμα: “Εάν καμία γνωστή χημική διαδικασία δεν μπορεί να εξηγήσει το PH3 στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Αφροδίτης, τότε πρέπει να παραχθεί από μια διαδικασία που δεν είχε προηγουμένως θεωρηθεί εύλογη για τις συνθήκες της Αφροδίτης.” Προφανώς, ωστόσο, ένα από τα αδικαιολόγητα που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι ο ολόκληρος λόγος που οι άνθρωποι έψαχναν για πρώτη φορά φωσφίνη, δηλαδή ότι θα μπορούσε να παραχθεί από τα ζωντανά.

READ  Η NASA κυκλοφορεί εκθαμβωτικές νέες εικόνες γαλαξιών, αστεριών και υπολειμμάτων σουπερνόβα

Αλλά δεν υπάρχει έλλειψη αδικαιολόγητης συμπεριφοράς στη ζωή στην Αφροδίτη. Τίποτα δεν θα αναγνωρίζαμε ότι η ζωή θα μπορούσε να επιβιώσει σε μια άγρια ​​καυτή πλανητική επιφάνεια που λούστηκε με υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα. Η θερμοκρασία στην άνω ατμόσφαιρα, όπου προέρχεται η υπογραφή της φωσφίνης, είναι πολύ πιο μέτρια. Αλλά θα απαιτούσε κάποια μορφή ζωής που κυκλοφορεί διαρκώς στην ανώτερη ατμόσφαιρα και κατά κάποιο τρόπο επιβιώνει σε επαφή με τα σύννεφα θειικού οξέος του πλανήτη.

Ακατάπειστος

Άρα μείνουμε σε ένα άβολο μέρος. Ένας από τους ερευνητές που ηγήθηκαν αυτού του έργου είπε, “Χρειάστηκαν περίπου 18 μήνες για να πείσουμε ότι υπήρχε ένα σήμα.” Μπορείτε να περιμένετε ότι το υπόλοιπο πεδίο θα περάσει τώρα λίγο χρόνο προσπαθώντας να πείσει επίσης, πιθανώς δείχνοντας ένα σωρό επιπλέον τηλεσκόπια στην Αφροδίτη. Εν τω μεταξύ, οι χημικοί θα προσπαθήσουν να σκεφτούν πρόσθετες οδούς αντίδρασης που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν υπό συνθήκες που μοιάζουν με την Αφροδίτη.

Υπάρχει μια λογική πιθανότητα να αναφέρουμε τα αποτελέσματα αυτών των προσπαθειών πριν από πολύ καιρό, υποδεικνύοντας ότι δεν υπάρχει τίποτα ασυνήθιστο στο δεύτερο πλανήτη από τον Ήλιο. Αλλά αν αυτό δεν καταλήξει να συμβεί, θα δώσει μεγάλη ώθηση στη σταθερή φωνή φωνών που υποστηρίζει ότι πρέπει να κάνουμε περισσότερα για να εξερευνήσουμε την Αφροδίτη. Μερικά σχέδια έχουν περάσει γύρω από τη συμμετοχή αεροπλάνων που θα μπορούσαν να περάσουν παρατεταμένες περιόδους που κινούνται γύρω από την ατμόσφαιρα της Αφροδίτης. Εάν τα αποτελέσματα αυτά διατηρηθούν, τα αεροσκάφη φαίνεται να είναι το τέλειο μέσο για να καταλάβουμε τι παράγει αυτή τη χημική ουσία.

Φύση Αστρονομία, 2020. DOI: 10.1038 / s41550-020-1174-4 (Σχετικά με τα DOI).

Related Articles

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close