Соединения брома и в первую очередь — бромистый водород HBr могут играть заметную роль в фотохимических процессах, проходящих в нижних слоях венерианской атмосферы. К такому выводу пришли ученые из МФТИ и ИКИ РАН, сравнив данные проведенных наземных наблюдений Венеры с результатами, полученными из модели фотохимических процессов. Работа опубликована в журнале Icarus.
Начиная с 1960-х годов к Венере было отправлено большое число межпланетных станций, причем 17 из 24 успешных миссий были советскими, вследствие чего в научных кругах за ней закрепилось название «Русская планета». Еще в середине прошлого века писатели-фантасты описывали Венеру пригодной для жизни будущих поколений планетой, полностью покрытой океаном. Однако «утренняя звезда» преподнесла много сюрпризов своим исследователям. Первые советские спускаемые аппараты были раздавлены атмосферным давлением, не достигнув поверхности, поскольку ученые не ожидали такого огромного давления в нижних слоях атмосферы. Позднее стало понятно, что Венера имеет уникальную атмосферу с колоссальными скоростями потоков воздуха и высокой плотностью вблизи поверхности. Скорость ветров на этой планете во много раз превышает скорость ее вращения. Венера представляет большой научный интерес ввиду своей необычности и далеко не полной исследованности. Сегодня каждый шаг в ее изучении приближает ученых к пониманию устройства этой сложнейшей системы.
Поверхность Венеры и нижний слой ее атмосферы имеют очень высокую температуру. Средняя температура на поверхности составляет около 460 °С. Это выше температуры плавления многих металлов. Давление атмосферы в 93 раза больше земного, и в этих экстремальных условиях могут образовываться достаточно нетипичные соединения, присутствующие в атмосфере Венеры, такие как хлористый водород HCl и фтористый водород HF. Обнаружение этих составляющих атмосферы в свое время немало удивило ученых. Можно предположить, что и следующий галогенид водорода — бромистый водород HBr — может присутствовать в венерианской атмосфере.
Владимиром Краснопольским и Денисом Беляевым были проведены наблюдения венерианской атмосферы в одной из ведущих обсерваторий мира — гавайской обсерватории Мауна-Кеа, находящейся на высоте 4,2 км над уровнем моря и обладающей хорошим астроклиматом. Наблюдения проводились на трехметровом телескопе IRTF, созданном для астрономических наблюдений в ИК-диапазоне спектра. В качестве регистрирующего устройства использовался спектрограф высокого спектрального разрешения (λ/Δλ~104) CSHELL. Целью наблюдения были спектральные линии HBr с волновыми числами 2605,80 и 2606,20 см−1, что соответствует длине волны 3,8 мкм. Тщательный поиск линий HBr в 101 измеренном спектре Венеры и расчеты этих линий привели к заключению, что количество HBr в верхнем слое облаков на высоте 70 км от поверхности Венеры не превышает одной миллиардной доли от общего числа молекул.
«Восстановление параметров атмосферы по спектроскопическим данным — весьма нетривиальная задача. По виду контура спектральной линии и его ширине может быть восстановлена температура атмосферы на заданной высоте. А по относительной интенсивности спектральной линии определенного вещества на фоне линий тех молекул, чьи концентрации уже известны, — его относительное содержание в атмосфере», — рассказал заведующий лабораторией прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ Владимир Краснопольский.
Владимиром Краснопольским еще в 2012 году была разработана фотохимическая модель, включающая большой набор компонентов атмосферы Венеры. Теперь в эту модель были добавлены также и основные фотохимические процессы с участием брома. Исходя из дополненной модели, фотодиссоциация бромистого водорода, его распад вследствие реакций с атомарным водородом и кислородом определяют его относительное содержание на высоте 70–80 км над поверхностью примерно в 300 раз меньшее, чем на высоте 60 км. Повторный анализ данных наблюдения с учетом рассчитанного из фотохимической модели содержания HBr дал для высот ниже 60 км максимальную оценку 2…7 × 10-8. Результаты расчета относительного содержания соединений брома на различных высотах представлены на рисунке.
Относительное содержание соединений брома в атмосфере Венеры на разных высотах, полученное из фотохимической модели
Денис Беляев, старший научный сотрудник ИКИ РАН: «Даже при столь малых полученных оценках содержания брома он может являться важной составляющей атмосферы Венеры. Термодинамические вычисления на основе химико-кинетической модели, разработанной Владимиром Краснопольским, показывают, что бромистый водород является главной разновидностью брома в нижних слоях атмосферы».
