ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Институт Космических исследований
Российской Академии Наук

Институт Космических исследований
Российской Академии Наук

Switch Language

Над полюсами Венеры обнаружен озоновый слой

23 ноября 2018
Рубрика
Новости проектов

Российско-французская группа ученых, анализируя данные спектрометра SPICAV-UV (КА «Венера-Экспресс») обнаружила озоновый слой над полярными областями Венеры выше широт 50°. Он расположен на высоте 70 км, в верхнем слое облаков. В отличие от других наблюдений, когда озон удавалось регистрировать лишь непродолжительное время, в этот раз речь идёт о более или менее постоянном образовании. Как считают авторы статьи, принятой к публикации и размещённой онлайн на сайте журнала Icarus, обнаружение озона подтверждает существующие модели атмосферной циркуляции Венеры, при которой атмосферные массы из экваториальных областей проходит по меридианам к полюсам, где охлаждаются и опускаются. Одновременно становится понятно, что само по себе наличие озона в атмосфере планеты «не гарантирует» её обитаемости — для того, чтобы защитить живые организмы от ультрафиолета, его должно быть достаточно много.

Как и на Земле, озон O3 образуется на Венере и Марсе, когда молекула кислорода Oсоединяется с атомом кислорода (O). На Земле атомы кислорода рождаются при распаде кислорода (O2) под действием солнечного ультрафиолета (фотодиссоцация), а на Марсе и Венере — при распаде молекул углекислого газа СО2 в надоблачном слое. Углекислота составляет 96,5% венерианской атмосферы.

«Мы знаем, что атмосферная циркуляция Венеры приносит воздух от экватора к полюсам, где он опускается вниз, — поясняет один из авторов работы, профессор Жан-Лу Берто (Jean-Loup Bertaux), сотрудник лаборатории LATMOS (Франция) и руководитель «мегагрантной» лаборатории ИКИ РАН «Планеты земной группы и землеподобные экзопланеты: прошлое, настоящее и будущее». — Давление при этом увеличивается, и атомы кислорода вначале соединяются в молекулы кислорода O2, а затем — озона O3. Поэтому озон — своего рода «индикатор» атмосферной циркуляции на Венере и Марсе».

Профессор Жан-Лу Берто был научным руководителем эксперимента SPICAV (SPectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Venus) на аппарате «Венера-Экспресс» (Европейское космическое агентство, 2005—2015 гг.). Прибор состоял из двух спектрометров: инфракрасного (созданного российскими специалистами) и ультрафиолетового, который делали французские ученые. Хотя сам зонд прекратил работу в 2015 году, полученные им данные ещё анализируются и открывают много нового о ближайшей к нам планете.

По данным SPICAV, объёмная доля озона на Венере составляет около 10–20 частиц на миллиард. Это составляет 0.1–0.5 так называемых единиц Добсона, которые используются для измерения озона. Концентрация озона в атмосфере Земли составляет порядка 300 единиц Добсона.

Кстати, на Марсе озона больше, чем на Венере, но всё равно в 100 раз меньше, чем на Земле. Таким образом, у трех планет земного типа Солнечной системы озон есть, но «только на Земле его достаточно, чтобы достаточно защищать сложные формы жизни от губительного солнечного ультрафиолета», — подчёркивает Жан-Лу Берто.

«Обнаруженная концентрация озона в атмосфере Венеры примерно в 1000 раз меньше, чем на Земле, — говорит Эммануэль Марк (Emmanuel Marcq), первый автор публикации, также сотрудник лаборатории LATMOS и преподаватель университета Версаль-Сен-Кантен-ан-Ивелин. — Это показывает, что чувствительность наблюдений в ультрафиолетовом диапазоне достаточно высока, чтобы обнаружить озон и на экзопланетах».

«Его сможет наблюдать, например, обсерватория «Спектр-УФ» (Всемирная космическая обсерватория — Ультрафиолет или WSO-UV, World Space Observatory Ultraviolet)», — добавляет член-корреспондент РАН Олег Кораблев, соруководитель эксперимента SPICAV и заведующий отделом физики планет ИКИ РАН.

Что касается дальнейших исследований озона на Венере, то интерес представляет вопрос, увеличивается или уменьшается его количество со временем. Имеющиеся данные как будто свидетельствуют о том, что за время работы «Венеры-Экспресс» концентрация озона повышалась. Так ли это? И можно ли связать эти колебания с изменениями высоты облачного слоя? Эти вопросы открыты для исследования.

Другая нерешённая проблема состоит в том, что хотя данные SPICAV качественно хорошо согласуются с моделями циркуляции атмосферы Венеры, но есть количественная разница: модели предсказывают объёмную концентрацию озона на уровне 3 частиц на миллиард, а результаты SPICAV дают величину примерно в 5 раз выше. Возможно, в модель заложено слишком низкое количество молекулярного кислорода в полярных областях, а может быть, напротив, завышен темп разрушения озона из-за взаимодействия с серой и хлором.

Исследование поддержано грантом Министерство образования и науки Российской Федерации, а также Национальным центром космических исследований Франции (CNES), Европейским космическим агентством, программой Национального института исследований Вселенной (CNRS-INSU, Франция).

***

Автоматическая межпланетная станция «Венера-Экспресс» (Европейское космическое агентство) была запущена 9 ноября 2005 г. с космодрома Байконур при помощи ракеты-носителя «Союз» с разгонным блоком «Фрегат». Аппарат вышел на первую вытянутую орбиту вокруг Венеры 11 апреля 2006 г. В феврале 2015 г. аппарат вошёл в атмосферу Венеры, но обработка его данных продолжается.

Специалисты ИКИ РАН принимали участие в разработке, изготовлении и испытаниях двух научных приборов орбитального аппарата: универсального спектрометра и спектрометра высокого спектрального разрешения SPICAV/SOIR (руководители: Ж.-Л. Берто/Jean-Loup Bertaux, Франция, О.И. Кораблев, Россия, Д. Невеянс/Dennis Nevejans, Бельгия) и планетного Фурье-спектрометра PFS (изготовлен в Италии с участием России, научный руководитель В. Формизано/Vittorio Formisano, Италия, Л.В. Засова, Россия). В экспериментах VIRTIS, VMC, ASPERA российские ученые принимали участие как соисследователи.