Międzynarodowa grupa badaczy z astronomką Jane Greaves z Uniwersytetu Cardiff oraz prof. Sarą Seager z Massachusetts Institute of Technology (MIT) na czele we wrześniu 2020 roku wzbudziła sensację. Zdaniem uczonych wycelowane w Wenus teleskopy JCMT i ALMA zarejestrowały w chmurach tej planety sygnaturę fosforowodoru, inaczej zwanego fosfiną. W świecie naukowym zawrzało.

– Byliśmy nowi w gronie badaczy zajmujących się Wenus, ale mieliśmy silną grupę specjalizującą się w radioastronomii oraz w modelowaniu fotochemicznym atmosfer. Wszystkich zaskoczyliśmy. Jeżeli to odkrycie zostanie ostatecznie potwierdzone – a to może trwać bardzo długo – odkryliśmy anomalię wenusjańską, której modele geochemiczne i fotochemiczne tej planety nie są w stanie wyjaśnić – mówi dr Janusz Pętkowski z MIT, astrobiolog i członek grupy badawczej prof. Seager.

Skąd wzięły się związki siarki na Wenus? Naukowcy się o to spierają

Fosfina nie jest produktem procesów geologicznych lub fotochemicznych, o których wiemy, że mogą zachodzić na Wenus. Na Ziemi można ją wytworzyć w laboratorium, ale w sposób naturalny na naszej planecie powstaje tylko jako metabolit bakterii beztlenowych.

Wielu badaczy uznało, że zespół prof. Seager odkrył ślady życia pozaziemskiego. I to życia, które przetrwało w piekielnych warunkach naszej siostrzanej planety. Tak śmiała hipoteza musiała spotkać się z krytyką, bo możliwość występowania fosfiny w chmurach Wenus, czyli na wysokości około 50 km nad powierzchnią, wymyka się znanym obecnie modelom składu chemicznego atmosfery planety.

Wielu naukowców uznaje, że wykrycie fosfiny to po prostu błąd w pomiarach. Do grona krytyków należy prof. Victoria Meadows, astrobiolog z Uniwersytetu Waszyngtona w Seattle. Jej zdaniem sygnatury spektralne gazu wskazują raczej na dwutlenek siarki.

– Każdą taką krytykę traktujemy poważnie. Gdy sugerowano, że analiza statystyczna sygnału jest niepoprawna, prof. Greaves dokonała rekalibracji i ponownej analizy zebranych danych. Jednak sygnał fosfiny pojawił się ponownie. Braliśmy również pod uwagę, że mogliśmy pomylić fosfinę z dwutlenkiem siarki, ale linie absorpcyjne tych dwóch związków nakładają się na siebie tylko do pewnego stopnia i na dłuższą metę trudno je pomylić. Ale tak naprawdę to nie sama fosfina jest tu istotna, ile odkrycie anomalii. Co więcej, okazało się, że takich anomalii na Wenus jest więcej, a ponowne analizy danych zebranych przez sondy wiele dekad temu pokazują, że znaczna część naszej wiedzy o Wenus może okazać się błędna – mówi dr Pętkowski.

Nowe analizy danych z Wenus z 1978 r. przynoszą niespodzianki

Wśród wspomnianych przez uczonego anomalii jest m.in. tajemniczy absorber UV, którego zagadkę próbują rozwikłać kolejne pokolenia badaczy. Gdy obserwujemy chmury Wenus w spektrum ultrafioletu, okazuje się, że musi tam być coś, co pochłania ponad 50 proc. padającego na powierzchnię planety promieniowania UV.

Nikt nie wie, co to może być. Żaden z potencjalnych kandydatów na taki pochłaniacz do końca nie pasuje.

Całkiem niedawno światło dzienne ujrzała reinterpretacja danych zebranych przez sondę Pioneer 13, orbitera wysłanego przez NASA na Wenus w 1978 r. Dokonał jej prof. Rakesh Mogul, chemik i biolog pracujący w NASA. Wyposażony w spektrometr masowy gazów neutralnych próbnik Pioneera zanurkował w atmosferze Wenus, by sprawdzić skład chemiczny tworzących ją gazów. Zebrał bardzo dużo danych, których część po dziś dzień nie została dokładnie przeanalizowana.

Na Wenus może występować amoniak, związany z aktywnością biologiczną

Prof. Mogul wziął pod uwagę tylko dane pozyskane na wysokości ok. 51 km, czyli na tej, na której znajdują się chmury. I okazało się, że znalazł tam wiele dziwnych związków, których występowania na Wenus nie przewidują obecne modele. Jeden z sygnałów mógł nawet odpowiadać właśnie fosfinie, ale jeszcze ciekawsze okazały się związki azotu, a szczególnie amoniak.

Życie, jakie znamy potrzebuje azotu, który przechodzi w organizmach cykliczne przemiany chemiczne. Kluczowym ich elementem na Ziemi jest właśnie amoniak, ale również azotany i azotyny. A te związki również zostały zidentyfikowane przez prof. Mogula w danych Pioneer 13. Jest to o tyle ciekawe, że – jak w przypadku fosfiny – amoniaku nie powinno być w chmurach Wenus, bo trudno go wyprodukować inaczej niż przez procesy biologiczne.

Co więcej, nie tylko amerykański Pioneer mógł zarejestrować amoniak. Wiele wskazuje na to, że związek ten pojawił się w danych zebranych przez radziecką sondę Wenera 8 w pierwszej połowie lat 70. Ale ponieważ trudno było wówczas wyjaśnić ten fenomen, dane po prostu odłożono na półkę uznając, że są błędne.

Zarówno amoniak, jak i fosfina są gazami ulegającymi destrukcji pod wpływem promieniowania słonecznego i innych reakcji chemicznych w atmosferze Wenus. A skoro oba związki udało się wykryć, to znaczy, że musi się tam odbywać ich ciągła produkcja. Oczywiście obecność amoniaku i innych związków azotu należy potwierdzić nowymi pomiarami.

Chmury na Wenus mogą być mniej kwaśne, niż do tej pory sądzono

Ale anomalie wenusjańskie nie dotyczą tylko gazowego składu chemicznego atmosfery. Nowa praca dr. Paula Rimmera z Uniwersytetu Cambridge sugeruje, że unoszące się nad Wenus gęste chmury nie muszą być aż tak wrogie życiu, jak zawsze myśleliśmy. Dotychczas zakładano bowiem, że składają się one z wyjątkowo szkodliwej substancji – stężonego kwasu siarkowego.

– Wartość pH dla stężonego kwasu siarkowego wynosi minus 11,5 (H0 w tzw. skali kwasowości Hammeta). Jeśli występuje on w wenusjańskich chmurach, to jest to bardziej kwasowe środowisko niż jakiekolwiek na Ziemi, gdzie występuje życie – mówi dr Pętkowski.

Uwagę dr. Rimmera zwróciło jednak to, że stężenie dwutlenku siarki (SO2) w wenusjańskich chmurach drastycznie spada. Obserwacje tego ubytku pojawiają się od lat, ale żaden istniejący model nie tłumaczy, jak może do tego dochodzić. Dr Rimmer zaproponował, że można to wyjaśnić obecnością jakiegoś zasadowego związku chemicznego, który zatrzymuje SO2 wewnątrz kropli tworzących chmury.

– W modelu dr. Rimmera pH kropli wynosi 1. To oznacza, że przynajmniej niektóre części chmur na Wenus mogą być nie bardziej kwaśne niż pewne ziemskie środowiska, w których występuje życie. Ale aby pH kropli chmur wynosiło 1, musiałby tam istnieć związek chemiczny neutralizujący kwas siarkowy – właśnie jakaś zasada, jak na przykład amoniak – wyjaśnia dr Pętkowski.

I dodaje, że jest jeszcze jeden fenomen, który pasuje do tej teorii. Próbnik Pioneera 13 wyposażony był w nefelometr, czyli instrument mierzący kształt i wielkość cząstek. W samych chmurach zarejestrował okrągłe krople ciekłego kwasu siarkowego, ale w dolnych warstwach chmur znalazł formy niekuliste, przypominające kryształki. A w modelu dr. Rimmera kwas siarkowy neutralizowany przez jakąś zasadę dawałby tzw. pluchę solną, która nie przybiera idealnie sferycznego kształtu.

Agencje kosmiczne rozpoczynają wyścig na Wenus

Czy te badania wpłynęły na politykę agencji kosmicznych? – Nie mamy żadnych oficjalnych informacji o tym, by nasze odkrycie fosfiny w chmurach Wenus wpłynęło w jakikolwiek sposób na decyzje NASA i ESA dotyczące nowych misji wenusjańskich. Ale to odkrycie wzbudziło ogromne poruszenie w świecie nauki, poruszenie zarówno pozytywne, jak i negatywne. I nareszcie Wenus zyskuje tyle zainteresowania, ile jej się należy – komentuje specjalnie dla „Focusa” prof. Sara Seager.

Faktem jest, że nad Wenus wkrótce może zrobić się tłoczno. W ciągu najbliższej dekady w kierunku tej planety wyruszą co najmniej trzy misje.

Planowana przez NASA DaVinci+ (skrót od: Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging, Plus) ma skupić się na badaniu atmosfery planety, ale poniżej warstwy chmur. Naukowcy związani z misją mają nadzieję, że uda im się również ustalić, czy na Wenus kiedykolwiek był ocean, bo takie teorie pojawiają się od lat. Dodatkowo DaVinci+ ma dostarczyć dokładniejszych obrazów geologicznych. Uczeni uważają bowiem, że Wenus, podobnie jak Ziemia, może być aktywna tektonicznie.

Z kolei druga misja NASA – Veritas (skrót od: Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) – ma pomóc w stworzeniu mapy powierzchni Wenus. Pomoże to zrozumieć historię geologiczną planety oraz być może także powód, dla którego rozwinęła się ona tak odmiennie od Ziemi.

Misja Europejskiej Agencji Kosmicznej została nazwana EnVision. Dzięki niej uczeni chcą dowiedzieć się przede wszystkim, w jaki sposób Wenus doświadczyła tak dramatycznych zmian klimatycznych.

Zamiast być światem przyjaznym życiu jak Ziemia, ma toksyczną atmosferę i jest otoczona gęstymi chmurami bogatymi w kwas siarkowy, a prawie zupełnie pozbawionymi wody. Co sprawiło, że Wenus doszła do tego stanu i czy podobny scenariusz grozi Ziemi?  

Być może w atmosferze Wenus występuje także życiodajny tlen

Wenus zyskała nawet zainteresowanie wśród prywatnych inwestorów, takich jak miliarder i filantrop Yuri Milner. Własną misję wenusjańską zapowiada też Peter Beck z Rocket Lab. Do stawki dołączyła rosyjska agencja Roskosmos, która zamierza dostarczyć na Ziemię próbki z Wenus.

– Ja i mój zespół z MIT pracujemy nad koncepcją misji astrobiologicznej, która będzie skoncentrowana na szukaniu w chmurach Wenus śladów życia – dodaje prof. Seager. A tych może być więcej, niż do niedawna sądzono. Uczeni spekulują, że wenusjańska atmosfera może zawierać także tlen. Ten życiodajny gaz mógłby powstawać jako produkt uboczny przemian wspomnianego wcześniej amoniaku.

Obecności tlenu nie tłumaczą obecne modele, a zarejestrowano ją w wenusjańskich chmurach. Być może więc wszystkie anomalie występujące na Wenus złożą się w logiczną całość.