زهره در نور مرئی معمولی زرد کم رنگ به نظر می رسد، اما ظاهر آن در طول موج های فرابنفش به طور چشمگیری تغییر می کند. در آنجا، رگه‌های تیره و روشن از میان ابرهای اسید سولفوریک بالای سیاره عبور می‌کنند. دانشمندان حدود یک قرن است که این الگوها را مشاهده کرده‌اند، اما ماده‌ای که آنها را تولید می‌کند، به نام «جاذب ناشناخته» شناخته نشده است.
اکنون، یک تیم بین المللی از محققان محدودیت های عددی جدیدی را در مورد اینکه این ماده مرموز باید چه باشد، قرار داده اند. دانشمندان با استفاده از مشاهدات زهره همراه با مدل‌سازی انتقال تشعشعی، تخمین زدند که قطرات ابر این سیاره تا چه حد باید نور ماوراء بنفش و آبی را جذب کند تا با آنچه فضاپیماها و تلسکوپ‌ها مشاهده می‌کنند مطابقت داشته باشد.
بازاندیشی ابرهای زهره در آزمایشگاه
این مطالعه، منتشر شده در اختر زیست شناسی، به شکل غیرعادی به مشکل نگاه کرد. نویسنده اصلی، دکتر یان اسپیچک پرسید که اگر این قطرات را بتوان به نحوی در یک کووت طیف‌سنجی جمع‌آوری کرد و به‌عنوان یک مایع حجیم مورد مطالعه قرار داد، ماده ابر ناهید چگونه به نظر می‌رسد.
این تمایز اهمیت دارد زیرا یک ابر می تواند بسیار متفاوت از ماده ای باشد که در واقع ذرات آن را می سازد.
دود سیگار یک مثال آشنا ارائه می دهد. دود می تواند سفید به نظر برسد زیرا ذرات زیر میکرونی آن نور را به طور بسیار موثری پراکنده می کنند. اما اگر این ذرات در یک فلاسک جمع آوری شوند، یک سوسپانسیون غلیظ از تنباکوی سوخته – یک رسوب قیر مانند – تشکیل می دهند.
ابرهای روی زهره ممکن است بر اساس یک اصل نوری مشابه رفتار کنند، زیرا توزیع اندازه ذرات آنها با دود سیگار قابل مقایسه است. در نتیجه، ابرهایی که از دور به رنگ زرد کم رنگ به نظر می رسند ممکن است حاوی مایعی باشند که وقتی متمرکز می شوند به طرز شگفت انگیزی تیره به نظر می رسند.
یان اسپیسک، نویسنده اصلی بنیاد تکامل مولکولی کاربردی، ایالات متحده، می‌گوید: «مدل ما به‌طور مؤثر می‌پرسد اگر بتوانیم این ماده ابری را در یک کووت جمع‌آوری کرده و در یک طیف‌سنج آزمایشگاهی قرار دهیم، چه اتفاقی می‌افتد». این مهم است زیرا جذب نور در یک مایع حجیم می تواند با غلظت مواد جاذب نور در محلول مرتبط باشد.
اندازه گیری میزان قدرت جذب نور توسط ماده مرموز
برای امکان‌پذیر ساختن این مقایسه، محققان مشاهدات زهره را با یک مدل انتقال تابشی ترکیب کردند که نحوه پراکنده شدن و جذب مکرر نور توسط قطرات ابر و مولکول‌های جوی را ردیابی می‌کند.
سپس اندازه‌گیری‌های نجومی را به چیزی که معمولاً در طیف‌سنجی مرئی UV آزمایشگاهی استفاده می‌شود تبدیل کردند: ضریب جذب مایعی که قطرات ابر را می‌سازد.
دکتر یئون جو لی از گروه جوی سیاره ای در موسسه علوم پایه (IBS)، کره جنوبی، که محاسبات مدل انتقال تشعشع را در این مطالعه انجام داد، گفت: «کلید این است که ذرات ابر روی زهره نور خورشید را بسیار کارآمد پراکنده می کنند، بنابراین روشنایی مشاهده شده از فضا را نمی توان مستقیماً با جذب مایع حجیم اندازه گیری شده در آزمایشگاه مقایسه کرد. با در نظر گرفتن پراکندگی و جذب توسط ذرات ابر و جو، این مدل به ما امکان می‌دهد تخمین بزنیم که مایع قطره‌ای ابر خود چقدر باید نور را جذب کند.
در محدوده طول موج مدل سازی شده 365-455 نانومتر، ضریب جذب ده ساله مورد نیاز به حدود 1278 سانتی متر می رسد.-1 در 375 نانومتر
این یک نیاز خواستار است. این بدان معنی است که جاذب ناشناخته یا باید در جذب نور بسیار کارآمد باشد، یا در غلظت بسیار بالا در داخل قطرات وجود داشته باشد، یا هر دو شرایط را برآورده کند.
آیا مولکول های مبتنی بر کربن می توانند آن را توضیح دهند؟
یک دسته احتمالی از مواد که قادر به چنین جذب قوی هستند، جذب قوی مولکول های آلی مزدوج است. در این زمینه، “ارگانیک” به سادگی به معنای مبتنی بر کربن است و به این معنی نیست که این ماده از زندگی گرفته شده است.
برای مولکول هایی با قدرت جذب مشابه رنگدانه های پورفیرینوئید موثر، غلظت مورد نیاز تقریباً 10 گرم در لیتر خواهد بود.
محققان تاکید می کنند که آنها پیشنهاد نمی کنند که کلروفیل، هِم یا هر رنگدانه بیولوژیکی خاصی مسئول ویژگی های ماوراء بنفش تیره زهره باشد. در عوض، این ترکیبات نقطه شروع مفیدی هستند زیرا نمونه های شناخته شده ای از مولکول هایی هستند که نور را بسیار کارآمد جذب می کنند.
شکل طیف جذبی زهره سرنخ مهم دیگری را اضافه می کند.
ترکیبات آلی ساده که در اسید سولفوریک غلیظ قرار می‌گیرند، می‌توانند واکنش نشان دهند و مخلوط‌های قیر مانند تیره و از نظر شیمیایی پیچیده تشکیل دهند. اما این مخلوط ها معمولا نور را به طور گسترده ای در طیف مرئی جذب می کنند و ظاهری قهوه ای یا سیاه به آنها می دهند.
این رفتار با مدل مشتق شده برای زهره، که در آن جذب به شدت بین 365 و 455 نانومتر کاهش می یابد، مطابقت ندارد.
اسپیسک گفت: “اگر جذب نور مشاهده شده به دلیل مواد آلی مزدوج باشد، مشخصات جذب نسبتاً تیز با یک جاذب شیمیایی تعریف شده سازگار است که در برابر تبدیل به مخلوط قیر مانند که معمولاً با مواد آلی حل شده در اسید سولفوریک غلیظ می بینیم، مقاومت می کند.”
محدودیت های جدید راز ناهید را دشوارتر می کند
نتایج به جای شناسایی فوری جاذب ناشناخته، فهرست نامزدهای قابل قبول را محدودتر می کند.
Janusz J. Petkowski از دانشگاه علم و صنعت Wrocław، لهستان، گفت: «به طرز متناقضی، با قرار دادن محدودیت‌های اضافی برای جاذب ناشناخته، ما می‌توانیم این راز را حتی جذاب‌تر کنیم.
توضیحات غیر ارگانیک نیز با چالش هایی روبرو هستند.
پل بی ریمر از دانشگاه کمبریج بریتانیا می گوید: «این مدل محدودیت های سختی را برای هر جاذب پیشنهادی ایجاد می کند. بسیاری از کاندیدهای معدنی پیشنهادی باید در غلظت‌های بسیار بالا وجود داشته باشند تا با جذب مورد نیاز مطابقت داشته باشند.
نکته مهم این است که یافته ها نشان نمی دهد که حیات در ابرهای زهره وجود دارد و ثابت نمی کند که جاذب اسرارآمیز ارگانیک است.
در عوض، این مطالعه الزامات کمی خاص را تعیین می کند که هر ماده پیشنهادی، اعم از آلی یا معدنی، باید آنها را برآورده کند. اینها عبارتند از اینکه نور چقدر کارآمد جذب می کند، چقدر باید متمرکز باشد، در کجا در جو توزیع می شود، و اینکه آیا می تواند در محدوده مشاهده شده اندازه ذرات ابر وجود داشته باشد یا خیر.
ماموریت های آینده ممکن است راز را مستقیماً آزمایش کنند
اکنون دانشمندان می توانند این محدودیت ها را در آزمایش های آزمایشگاهی آزمایش کنند و در نهایت آنها را با اندازه گیری هایی که مستقیماً در جو زهره انجام شده است مقایسه کنند.
ابتکار ماموریت ستاره صبح به زهره در حال توسعه تکنیک‌های درجا برای مطالعه شیمی ابرهای زهره است. این تلاش ها شامل جستجوی مولکول های آلی پیچیده و اندازه گیری هایی است که می تواند به شناسایی جاذب ناشناخته کمک کند.
یکی از ابزارهای برنامه ریزی شده، Nephelometer Autofluorescence، برای بررسی ذرات ابر ناهید برای فلورسانس طراحی شده است که انتظار داریم با مولکول های آلی مرتبط باشد. برای یک ماموریت آزمایشگاه موشکی به زهره برنامه ریزی شده است.
این مطالعه با پیوند دادن مشاهدات از راه دور با شیمی آزمایشگاهی و اندازه‌گیری‌های فضاپیمای آینده، مسیر جدیدی را برای حل یکی از طولانی‌ترین اسرار زهره فراهم می‌کند.
