اليوم، الغلاف الجوي لكوكب الزهرة المجاور لنا حار مثل فرن البيتزا وأكثر جفافًا من الصحراء الأكثر جفافًا على وجه الأرض، لكن الأمر لم يكن دائمًا على هذا النحو.
منذ مليارات السنين، كان كوكب الزهرة يحتوي على كمية من الماء تعادل ما تمتلكه الأرض اليوم. إذا كان هذا الماء سائلاً، فربما كان كوكب الزهرة صالحًا للسكن في يوم من الأيام.
وبمرور الوقت، فقدت تلك المياه كلها تقريبًا. إن معرفة كيف ومتى ولماذا فقد كوكب الزهرة مياهه يساعد علماء الكواكب مثلي على فهم ما الذي يجعل الكوكب صالحًا للسكن – أو ما الذي يمكن أن يجعل الكوكب الصالح للسكن يتحول إلى عالم غير صالح للسكن.
ولدى العلماء نظريات تشرح سبب اختفاء معظم تلك المياه، ولكن اختفى قدر أكبر مما توقعوا.
في دراسة أجريت في مايو 2024، كشفت أنا وزملائي عن عملية جديدة لإزالة الماء ظلت دون أن يلاحظها أحد لعقود من الزمن، ولكنها يمكن أن تفسر سر فقدان الماء هذا.
توازن الطاقة والفقد المبكر للمياه
يحتوي النظام الشمسي على منطقة صالحة للسكن، وهي حلقة ضيقة حول الشمس يمكن أن تحتوي الكواكب فيها على مياه سائلة على سطحها. تقع الأرض في المنتصف، والمريخ في الخارج على الجانب شديد البرودة، والزهرة في الخارج على الجانب شديد الحرارة. يعتمد موقع الكوكب على طيف الصالحية للسكن على مقدار الطاقة التي يتلقاها الكوكب من الشمس، وكذلك مقدار الطاقة التي يشعها الكوكب بعيدًا.
ترتبط نظرية كيفية حدوث معظم فقدان كوكب الزهرة للمياه بتوازن الطاقة هذا. في بداية كوكب الزهرة، قام ضوء الشمس بتفكيك الماء الموجود في غلافه الجوي إلى هيدروجين وأكسجين. يعمل الهيدروجين الموجود في الغلاف الجوي على تسخين الكوكب، مثل وجود الكثير من البطانيات على السرير في الصيف.
عندما يصبح الكوكب ساخنًا جدًا، فإنه يتخلص من الغطاء: يهرب الهيدروجين في تدفق إلى الفضاء، وهي عملية تسمى الهروب الهيدروديناميكي. أزالت هذه العملية أحد المكونات الرئيسية للمياه من كوكب الزهرة. من غير المعروف بالضبط متى حدثت هذه العملية، لكن من المحتمل أنها حدثت خلال المليار سنة الأولى أو نحو ذلك.
توقف الهروب الهيدروديناميكي بعد إزالة معظم الهيدروجين، ولكن بقي القليل من الهيدروجين. إنه مثل إلقاء زجاجة ماء – ستظل هناك بضع قطرات متبقية في الأسفل. لا يمكن لهذه القطرات المتبقية الهروب بنفس الطريقة. لا بد أن هناك عملية أخرى لا تزال جارية على كوكب الزهرة وتستمر في إزالة الهيدروجين.
ردود الفعل الصغيرة يمكن أن تحدث فرقا كبيرا
تكشف دراستنا الجديدة أن التفاعل الكيميائي الذي تم التغاضي عنه في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة يمكن أن ينتج ما يكفي من الهيدروجين المتسرب لسد الفجوة بين فقدان الماء المتوقع والملاحظ.
وإليك كيف يعمل. في الغلاف الجوي، تتحد جزيئات HCO⁺ الغازية، والتي تتكون من ذرة واحدة من كل من الهيدروجين والكربون والأكسجين ولها شحنة موجبة، مع الإلكترونات سالبة الشحنة، حيث تتجاذب الأضداد.
ولكن عندما يتفاعل HCO⁺ والإلكترونات، يتفكك HCO⁺ إلى جزيء أول أكسيد الكربون المحايد CO وذرة الهيدروجين H. تعمل هذه العملية على تنشيط ذرة الهيدروجين، والتي يمكنها بعد ذلك تجاوز سرعة الهروب من الكوكب والهروب إلى الفضاء. . التفاعل بأكمله يسمى HCO⁺ إعادة التركيب التفارقي، ولكننا نحب أن نسميه DR للاختصار.
الماء هو المصدر الأصلي للهيدروجين على كوكب الزهرة، لذلك يجفف DR الكوكب بشكل فعال. من المحتمل أن يكون DR قد حدث طوال تاريخ كوكب الزهرة، ويُظهر عملنا أنه ربما لا يزال مستمرًا حتى يومنا هذا. إنه يضاعف كمية الهيدروجين التي تم حسابها سابقًا من قبل علماء الكواكب، مما يقلب فهمنا لهروب الهيدروجين الحالي على كوكب الزهرة.
فهم كوكب الزهرة بالبيانات والنماذج والمريخ
لدراسة DR على كوكب الزهرة، استخدمنا كلا من النمذجة الحاسوبية وتحليل البيانات.
بدأت عملية النمذجة فعليًا كمشروع على المريخ. دكتوراه. تضمنت الأبحاث استكشاف نوع الظروف التي جعلت الكواكب صالحة للحياة. كان المريخ أيضًا يحتوي على الماء، وإن كان أقل من كوكب الزهرة، كما فقد معظمه في الفضاء.
لفهم هروب الهيدروجين المريخي، قمت بتطوير نموذج حسابي للغلاف الجوي للمريخ يحاكي كيمياء الغلاف الجوي للمريخ. على الرغم من كونهما كوكبين مختلفين تمامًا، إلا أن المريخ والزهرة لهما في الواقع غلاف جوي علوي متشابه، لذلك تمكنت أنا وزملائي من توسيع النموذج ليشمل كوكب الزهرة.
لقد وجدنا أن إعادة التركيب الانفصالي HCO⁺ ينتج الكثير من الهيدروجين المتسرب في الغلاف الجوي لكلا الكوكبين، وهو ما يتوافق مع القياسات التي أجرتها مهمة Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN، أو MAVEN، وهو قمر صناعي يدور حول المريخ.
قد يكون جمع البيانات في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة لدعم النموذج أمرًا ذا قيمة، لكن البعثات السابقة إلى الزهرة لم تقيس HCO⁺ – ليس لأنه غير موجود، ولكن لأنها لم تكن مصممة لاكتشافه. ومع ذلك، فقد قاموا بقياس المواد المتفاعلة التي تنتج HCO⁺ في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة.
من خلال تحليل القياسات التي أجرتها بايونير فينوس، وهي مركبة مدارية ومسبار مشترك درس كوكب الزهرة من عام 1978 إلى عام 1992، وباستخدام معرفتنا بالكيمياء، أثبتنا أن HCO⁺ يجب أن يكون موجودًا في الغلاف الجوي بكميات مماثلة لنموذجنا.
اتبع الماء
لقد حل عملنا جزءًا من اللغز المتعلق بكيفية فقدان الماء من الكواكب، مما يؤثر على مدى صلاحية الكوكب للحياة. لقد تعلمنا أن فقدان الماء لا يحدث بضربة واحدة فحسب، بل بمرور الوقت من خلال مجموعة من الطرق.
يعني فقدان الهيدروجين بشكل أسرع اليوم عبر DR أن هناك حاجة إلى وقت أقل بشكل عام لإزالة الماء المتبقي من كوكب الزهرة. وهذا يعني أنه إذا كانت المحيطات موجودة على كوكب الزهرة المبكر، فمن الممكن أن تكون موجودة لفترة أطول مما اعتقد العلماء قبل فقدان الماء من خلال الهروب الهيدروديناميكي وبدء DR. وهذا من شأنه أن يوفر المزيد من الوقت لظهور الحياة المحتملة. نتائجنا لا تعني أن المحيطات أو الحياة كانت موجودة بالتأكيد، لكن الإجابة على هذا السؤال ستتطلب الكثير من العلوم على مدار سنوات عديدة.
هناك أيضًا حاجة لبعثات وملاحظات جديدة لكوكب الزهرة. ستوفر بعثات كوكب الزهرة المستقبلية بعض القياسات الجوية، لكنها لن تركز على الغلاف الجوي العلوي حيث تحدث معظم عمليات إعادة التركيب الانفصالية لـ HCO⁺. يمكن لمهمة الغلاف الجوي العلوي المستقبلية لكوكب الزهرة، المشابهة لمهمة MAVEN في المريخ، أن توسع بشكل كبير معرفة الجميع حول كيفية تشكل الأغلفة الجوية للكواكب الأرضية وتطورها بمرور الوقت.
مع التقدم التكنولوجي في العقود الأخيرة والاهتمام الجديد المزدهر بكوكب الزهرة، أصبح الآن وقتًا ممتازًا لتوجيه أعيننا نحو الكوكب الشقيق للأرض.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: إرين كانجي، جامعة كولورادو بولدر
اقرأ أكثر:
تستند هذه المادة إلى العمل المدعوم من برنامج زمالة أبحاث الدراسات العليا التابع لمؤسسة العلوم الوطنية بموجب المنحة DGE 1650115. أي آراء ونتائج واستنتاجات أو توصيات تم التعبير عنها في هذه المادة هي آراء المؤلف (المؤلفين) ولا تعكس بالضرورة آراء المؤسسة الوطنية للعلوم.