Учёные, похоже, разгадали происхождение гигантской полосы облаков в атмосфере Венеры

протянувшейся примерно на 6000 километров вдоль экватора планеты.

Как оказалось, эта огромная структура из облаков серной кислоты возникает благодаря явлению, которое можно наблюдать даже в обычной кухонной раковине.

Атмосфера Венеры сильно отличается от земной. Она почти полностью состоит из углекислого газа, с небольшой примесью азота и следовыми количествами других газов, включая диоксид серы, который может образовывать облака. Давление на поверхности примерно в 92 раза выше земного, а температура превышает 460 градусов Цельсия. При этом атмосфера вращается вокруг планеты намного быстрее самой Венеры. Полный оборот воздушные массы совершают примерно за четыре земных дня, тогда как сама планета вращается вокруг своей оси за 243 дня.

В атмосфере Венеры существует гигантская планетарная волна, распространяющаяся вдоль экватора. Её заметил ещё в 2016 году японский аппарат Akatsuki. Связанная с ней облачная структура располагается на высоте около 50 километров и регулярно движется вокруг Венеры вместе с её атмосферой. Особенно исследователей удивляли размеры облачного образования, его высокая скорость и очень чёткая передняя граница.

Недавно международная группа учёных смогла объяснить происхождение этого явления с помощью компьютерного моделирования атмосферных потоков. На Земле подобные структуры называют волнами Кельвина. Это крупномасштабные волны в атмосфере или океане, движение которых определяется вращением планеты. Они способны распространяться на тысячи километров и переносить огромные массы вещества и энергии. На Земле такие волны играют важную роль, например, в климатических явлениях вроде Эль-Ниньо. На Венере океанов нет, поэтому волна существует исключительно в атмосфере.

Когда эта волна начинает замедляться, возникает гидравлический скачок. Он создаёт мощный восходящий поток, который поднимает пары серной кислоты на высоту около 50 километров. Там вещество конденсируется, формируя гигантскую систему облаков, тянущуюся за фронтом волны.

Гидравлический скачок легко увидеть, если открыть кран в раковине. В месте падения струи вода сначала движется быстро и тонким слоем, а затем резко замедляется и становится глубже. Именно такой процесс, по мнению исследователей, происходит и в атмосфере Венеры, только в куда более гигантских масштабах. По их словам, это крупнейший известный гидравлический скачок в Солнечной системе.

Учёные также отмечают, что открытие указывает на серьёзные пробелы в существующих климатических моделях Венеры. До сих пор они не учитывали подобные гидравлические скачки. Теперь исследователям предстоит создать более сложные модели атмосферы, способные учитывать такие процессы.

В недрах Земли могут скрываться остатки другой планеты

Внутри нашей планеты могут скрываться фрагменты другого мира. И хотя это звучит как фантастика, за этой идеей стоит вполне серьезная научная гипотеза.

Речь идет о Тейе — гипотетической протопланете размером примерно с Марс. Согласно общепринятой версии, около 4,5 миллиарда лет назад она столкнулась с протоземлей — Землей на очень ранней стадии развития. Удар был настолько мощным, что часть вещества оказалась выброшена на орбиту, а затем из этих обломков сформировалась Луна.

Но возникает важный вопрос: если Тейя действительно столкнулась с Землей, куда делась основная часть ее вещества? В конце концов, Луна почти вдвое меньше Марса.

Две гигантские аномалии в глубине Земли

Геофизики давно знают, что в нижней мантии Земли есть две огромные аномальные области. Одна находится под Африкой, другая — под Тихим океаном. Их называют крупными областями с низкой скоростью сдвиговых волн — LLSVP (от англ. Large Low-Shear-Velocity Provinces).

LLSVP представляют собой гигантские скопления вещества у границы внешнего ядра и мантии, залегающие на глубине около 2 900 километров под поверхностью. Через эти области сейсмические волны проходят заметно медленнее, чем через окружающую мантию, поэтому ученые видят их косвенно — по данным землетрясений.

Поскольку сейсмографы размещены в разных уголках планеты и работают непрерывно, накопленные данные позволяют визуализировать то, что скрыто от прямого наблюдения, — этакий "рентген" планетарного масштаба. По оценкам, общий объем LLSVP составляет около 6% от объема всей Земли.

Следы Тейи под нашими ногами

В 2023 году международная команда исследователей предложила любопытное объяснение: эти глубинные аномалии могут быть остатками вещества Тейи — той самой протопланеты, столкновение с которой привело к формированию Луны.

Моделирование показало: если мантия Тейи была немного плотнее мантии протоземли и богаче железом, часть ее вещества после столкновения могла не перемешаться полностью с земной мантией. Вместо этого она погрузилась глубже и со временем оказалась у границы ядра и мантии — там, где сегодня находятся LLSVP. Авторы исследования прямо называют эти структуры возможными "погребенными реликтами" вещества Тейи, сохранившимися после гигантского удара.

Эта гипотеза прекрасна тем, что связывает сразу две загадки: происхождение Луны и существование гигантских структур в недрах Земли. Если она подтвердится, наш естественный спутник окажется не единственным следом древнего столкновения. Второй след может находиться глубоко под нашими ногами.

Почему это не вольная фантазия

Уже предвижу диванно-экспертную реакцию в духе: "Есть только Кольская сверхглубокая скважина", "никто не знает, что глубже 12 километров", "все это просто догадки", "никто этого своими глазами не видел" и так далее.

Но для того, чтобы обнаружить заболевание внутренних органов, человека не вскрывают на операционном столе в рамках диагностики. Врачи используют УЗИ, МРТ, КТ, анализы и другие методы, позволяющие увидеть то, что скрыто внутри тела. Исследование недр Земли с помощью современной сейсмологии, геодинамического моделирования и сравнительного анализа работает похожим образом — только в планетарном масштабе.

Существование LLSVP — факт. А вот их происхождение — не доказанная истина, а сильная научная модель.

Если авторы исследования правы, наша планета окажется не просто телом, пережившим древнее столкновение, а миром, внутри которого до сих пор хранятся фрагменты погибшей протопланеты.

И если однажды у нас появятся технологии для получения образцов этих фрагментов, мы сможем лучше понять не только процесс формирования Луны, но и то, как гигантские столкновения влияли на внутреннее строение планет Солнечной системы, определяя их дальнейший эволюционный путь.

Возможно, именно такие события, которые сегодня мы бы сочли катастрофическими, играли важную роль в создании обитаемых миров, обеспечивая их колоссальным запасом энергии.

Венера, заснятая зондом MESSENGER во время его полёта к Меркурию

Планеты Солнечной системы в инфракрасном свете

Свежий снимок Земли, полученный камерой EPIC аппарата DSCOVR

Работает на гало-орбите вокруг первой точки Лагранжа системы Земля-Солнце, на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли.

Яркий, пятничный Юпитер от Юноны

вихрь в самом центре Южного полюса Сатурна

Откуда на Марсе кислород?

Когда инструменты марсохода NASA Curiosity, находящегося на Красной планете с 6 августа 2012 года, зафиксировали в разреженной атмосфере присутствие молекулярного кислорода (O2), это стало неожиданностью.

Сегодня известно, что на кислород приходится всего около 0,13–0,16% от объема марсианской атмосферы, состоящей на 95% из углекислого газа (CO2). Это ничтожно мало по земным меркам, но факт его присутствия заслуживает особого внимания.

Итак, откуда на холодной и сухой планете, где нет ни растений, ни водорослей, ни каких-либо других организмов*, способных к фотосинтезу, взялся O2, запасы которого пополняются?

*По сей день никаких убедительных доказательств существования жизни на Марсе нет. Поэтому исходим из этого факта.

Фотохимия атмосферы

Исследования показывают, что основным источником кислорода на Марсе являются фотохимические процессы, протекающие в верхних слоях атмосферы. Под действием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы CO2 и небольшого количества водяного пара (H2O) распадаются, высвобождая атомы кислорода. Часть этих атомов ненадолго объединяется в молекулы O2, которые после череды фотохимических реакций снова оказываются связанными в составе CO2.

Данная модель прекрасно объясняет присутствие кислорода в марсианской атмосфере. На этом можно было бы и закончить статью, но...

Загадочные сезонные колебания

В 2019 году Curiosity, продолжая свою работу в кратере Гейла, обнаружил, что колебания уровня кислорода в атмосфере демонстрируют более сильную сезонную зависимость, чем предсказывает фотохимическая модель. Так, в весенне-летний период уровень O2 возрастает почти на 30%, а осенью и зимой возвращается к исходным значениям.

В попытках объяснить эту аномалию ученые выдвинули две гипотезы:

Роль марсианского грунта

Марсианский реголит насыщен перхлоратами — солями, содержащими кислород в связанном виде. Лабораторные эксперименты вкупе с моделированием показывают, что под воздействием радиации такие соединения могут разлагаться, высвобождая реакционноспособные кислородсодержащие продукты, включая молекулярный кислород.

Пока доподлинно неизвестно, может ли этот механизм полностью объяснить наблюдаемую сезонность, но на роль потенциального источника "дополнительного" кислорода он определенно подходит.

Подповерхностная вода и радиолиз

Вторая гипотеза связана с залежами подповерхностного льда и возможным наличием карманов с рассолами — локальных скоплений воды с очень высокой концентрацией растворенных солей, что позволяет ей оставаться жидкой даже при очень низких температурах.

Учитывая, что Марс лишен надежной магнитосферы и плотной атмосферы, поверхности достигает большое количество космической радиации, которая, проникая в грунт, способна расщеплять молекулы воды — процесс, известный как радиолиз. В результате образуются кислородсодержащие соединения, способные вносить вклад в наблюдаемую сезонную изменчивость кислорода в атмосфере Марса.

Однако прямых доказательств того, что именно этот процесс заметно влияет на сезонное содержание O2 в атмосфере Марса, пока нет.

Может быть, это жизнь?

Несмотря на то, что традиционно кислород считается одним из лучших биомаркеров, на Марсе его концентрации крайне малы, чтобы приписывать ему биологическое происхождение. То, что было зафиксировано, без проблем укладывается в "абиогенные рамки" — фотохимия, поверхностная и радиационная химия.

Поэтому интерес ученых вызывает не сам факт присутствия O2, а его необычное поведение. Понимание этого механизма позволит лучше понять химические процессы, происходящие на Красной планете сегодня. Следовательно, это поможет уточнить оценки того, насколько Марс вообще мог быть пригоден для жизни в прошлом.

В конце концов, поиски возможных следов марсианской жизни должны начинаться с понимания того, располагала ли когда-нибудь планета-соседка условиями, подходящими для ее зарождения. И пока однозначного ответа нет.

Северный полюс Сатурна

На снимках - шестиугольное ураганное образование. Размер этого гексагона в поперечнике составляет 25 000 километров, а сам вихрь уходит вглубь атмосферы до 300 километров

Почему ядро Земли не расплавило планету?

К сожалению, мы никогда не достигали ядра Земли (и, скорее всего, никогда не достигнем), но мы многое знаем о его строении, так как располагаем замечательной наукой под названием сейсмология, а также данными гравиметрии, геомагнетизма, геохимии и лабораторных экспериментов при экстремальных давлениях.

Помимо этого, часть важных знаний о внутреннем устройстве нашей планеты мы получили благодаря подповерхностным ядерным испытаниям в период Холодной войны, которые снабдили ученых "спровоцированными" сейсмическими сигналами.

Сегодня мы можем с уверенностью сказать, что внешнее ядро Земли расплавлено, а внутреннее — твердое. Кроме того, исходя из наших знаний о распространенности химических элементов во Вселенной и о том, что с ними происходит при определенных условиях, мы знаем, что ядро состоит преимущественно из железа, которое находится под гигантским давлением.

Имеющиеся данные указывают на то, что температура земного ядра составляет примерно 6 000 градусов (тут и далее температура в градусах Цельсия), что делает его даже горячее солнечной поверхности (около 5 500 градусов). От поверхности Земли ядро отделяют порядка 3 000 километров — если бы наше светило оказалось так близко, оно тут же бы испепелило планету.

Почему же тогда более горячее ядро Земли за 4,6 миллиарда лет не расплавило ни планету, ни ее обитателей?

Ядро изолировано от поверхности огромной толщей мантии, состоящей в основном из твердых горячих горных пород, которые "текут" (мантийная конвекция) со скоростью в несколько сантиметров в год.

Несмотря на огромную температуру ядра, тепло из глубин поднимается к поверхности крайне неэффективно, так как породы плохо проводят его, а перенос за счет медленной мантийной конвекции занимает колоссальное время. Поэтому в данном случае важна не только температура ядра, но и то, сколько тепловой энергии может быть передано наружу и с какой скоростью.

В результате до поверхности доходит слишком маленький "поток" тепловой энергии, чтобы прогреть всю планету до температур плавления: Земля просто медленно теряет тепло (оно уходит в космос), а не "закипает" изнутри. При этом мантия не "плавится снизу" так, чтобы расплав постепенно поднимался все выше. В глубине давление повышает температуру плавления пород, поэтому даже при высоких температурах нижняя мантия в основном остается твердой. А там, где расплав все же появляется, он обычно не накапливается: поднимаясь, он попадает в более холодные области и частично кристаллизуется. В итоге в недрах Земли не существует "роста" океана расплава снизу вверх — возникают лишь отдельные зоны частичного плавления.

Искра бенгальского огня может иметь температуру в 1 500 градусов, но если она случайно попадет в вас, то вы, скорее всего, даже не почувствуете этого. А вот погружение в ванну с кипятком (каких-то 100 градусов) стало бы фатальным для большинства обитателей Земли, потому что у воды большая масса и теплоемкость — она успевает передать много энергии.

Тот же принцип и с Землей: "печка" спрятана очень глубоко, и тепло наружу просачивается постепенно — через конвекцию в мантии и теплопроводность пород. Поэтому планета не плавится, а медленно остывает.