Khí phổ biến được phát hiện trong bầu khí quyển của sao Kim là Sulfur dioxide thay vì khí Phốt pho

Vào tháng 9, một nhóm nghiên cứu do các nhà thiên văn học ở Vương quốc Anh dẫn đầu thông báo rằng họ đã phát hiện ra chất hóa học phosphine (phốt pho) trong các đám mây dày của sao Kim. Phát hiện được báo cáo của nhóm nghiên cứu, dựa trên quan sát của hai kính thiên văn vô tuyến trên Trái đất đã khiến nhiều chuyên gia về Sao Kim ngạc nhiên. Bầu khí quyển của Trái đất chứa một lượng nhỏ phosphine có thể được tạo ra bởi sự sống. Phosphine trên sao Kim tạo ra sự nổi tiếng mà hành tinh, thường được gọi ngắn gọn là “cảnh địa ngục”, bằng cách nào đó có thể chứa đựng sự sống bên trong các đám mây axit của nó.

Kể từ tuyên bố ban đầu đó, các nhóm khoa học khác đã nghi ngờ về độ tin cậy của phát hiện phosphine. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu tại Đại học Washington dẫn đầu đã sử dụng một mô hình mạnh mẽ về các điều kiện bên trong bầu khí quyển của Sao Kim để xem lại và diễn giải lại toàn diện các quan sát của kính viễn vọng vô tuyến làm cơ sở cho tuyên bố ban đầu về phốt phát. Khi họ báo cáo trong một bài báo được chấp nhận cho Tạp chí Vật lý thiên văn (Astrophysical Journal) và đăng ngày 25 tháng 1 lên trang web arXiv trước khi in, nhóm do Vương quốc Anh dẫn đầu có thể không phát hiện ra phosphine.

Đồng tác giả Victoria Meadows, giáo sư thiên văn học tại Đại học Mỹ, cho biết: “Thay vì phosphine trong các đám mây của sao Kim, dữ liệu phù hợp với một giả thuyết thay thế: Họ đang phát hiện ra sulfur dioxide. “Sulfur dioxide là hợp chất hóa học phổ biến thứ ba trong bầu khí quyển của Sao Kim, và nó không được coi là dấu hiệu của sự sống.”

Nhóm thực hiện nghiên cứu mới này cũng bao gồm các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Lực đẩy Phản lực có trụ sở tại Caltech của NASA, Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA, Viện Công nghệ Georgia, Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA và Đại học California, Riverside.

Nhóm nghiên cứu do UW dẫn đầu cho thấy rằng sulfur dioxide, ở mức độ hợp lý đối với sao Kim, không chỉ có thể giải thích các quan sát mà còn phù hợp hơn với những gì các nhà thiên văn biết về bầu khí quyển của hành tinh và môi trường hóa học đáng ghét của nó, bao gồm các đám mây axit sulfuric. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng tín hiệu ban đầu không bắt nguồn từ lớp mây của hành tinh, mà ở phía trên nó, ở lớp trên của khí quyển Sao Kim, nơi các phân tử phosphine sẽ bị phá hủy trong vòng vài giây. Điều này hỗ trợ nhiều hơn cho giả thuyết rằng sulfur dioxide đã tạo ra tín hiệu.

Cả tín hiệu phosphine có mục đích và cách giải thích mới này của trung tâm dữ liệu về thiên văn vô tuyến. Mọi hợp chất hóa học đều hấp thụ các bước sóng duy nhất của quang phổ điện từ, bao gồm sóng vô tuyến, tia X và ánh sáng nhìn thấy. Các nhà thiên văn học sử dụng sóng vô tuyến, ánh sáng và các khí thải khác từ các hành tinh để tìm hiểu về thành phần hóa học của chúng, cùng các đặc tính khác.

Vào năm 2017, sử dụng Kính viễn vọng James Clerk Maxwell, hay JCMT, nhóm nghiên cứu do Vương quốc Anh dẫn đầu đã phát hiện ra một đặc điểm trong phát xạ vô tuyến từ Sao Kim ở 266,94 gigahertz. Cả phosphine và sulfur dioxide đều hấp thụ sóng vô tuyến gần tần số đó. Để phân biệt giữa hai yếu tố này, vào năm 2019, cùng một nhóm đã thu được các quan sát tiếp theo về Sao Kim bằng cách sử dụng Mảng milimet / milimet lớn Atacama, hoặc ALMA. Phân tích của họ về các quan sát ALMA ở các tần số mà chỉ có lưu huỳnh điôxít hấp thụ đã khiến nhóm nghiên cứu kết luận rằng nồng độ điôxít lưu huỳnh trong sao Kim quá thấp để giải thích cho tín hiệu ở mức 266,94 gigahertz, và thay vào đó nó phải đến từ phốt phát.

Trong nghiên cứu mới này của nhóm do UW đứng đầu, các nhà nghiên cứu bắt đầu bằng cách mô hình hóa các điều kiện bên trong bầu khí quyển của Sao Kim và sử dụng điều đó làm cơ sở để giải thích toàn diện các đặc điểm đã được nhìn thấy – và không được nhìn thấy – trong bộ dữ liệu JCMT và ALMA.

Đây là mô hình được gọi là mô hình truyền bức xạ và nó kết hợp dữ liệu từ các quan sát có giá trị hàng thập kỷ về Sao Kim từ nhiều nguồn, bao gồm các đài thiên văn ở đây trên Trái đất và các sứ mệnh tàu vũ trụ như Venus Express Khoa Thiên văn học của UW.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô hình đó để mô phỏng các tín hiệu từ phosphine và sulfur dioxide cho các cấp độ khác nhau của khí quyển Sao Kim và cách các tín hiệu đó sẽ được JCMT và ALMA thu nhận trong các cấu hình năm 2017 và 2019 của chúng. Theo báo cáo của nhóm nghiên cứu, dựa trên hình dạng của tín hiệu 266,94 gigahertz do JCMT thu được, sự hấp thụ không phải đến từ lớp mây của Sao Kim. Thay vào đó, hầu hết các tín hiệu quan sát được có nguồn gốc từ một số 50 hoặc nhiều dặm trên bề mặt, trong tầng khí quyển sao Kim. Ở độ cao đó, các chất hóa học khắc nghiệt và bức xạ cực tím sẽ cắt nhỏ các phân tử phosphine trong vòng vài giây.

Meadows cho biết: “Phosphine trong tầng trung quyển thậm chí còn mỏng manh hơn phosphine trong các đám mây của Sao Kim. “Nếu tín hiệu JCMT là từ phosphine trong tầng trung quyển, thì để tính cường độ của tín hiệu và thời gian tồn tại dưới giây của hợp chất ở độ cao đó, phosphine sẽ phải được phân phối đến tầng trung cầu với tốc độ gấp khoảng 100 lần tốc độ oxy và được bơm vào bầu khí quyển của Trái đất bằng quá trình quang hợp. “

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng dữ liệu ALMA có thể đã đánh giá thấp đáng kể lượng sulfur dioxide trong khí quyển của Sao Kim, một quan sát mà nhóm do Vương quốc Anh dẫn đầu đã sử dụng để khẳng định rằng phần lớn tín hiệu 266,94 gigahertz là từ phosphine.

Cấu hình ăng-ten của ALMA tại thời điểm quan sát năm 2019 có tác dụng phụ không mong muốn: Các tín hiệu từ khí có thể được tìm thấy gần như ở khắp mọi nơi trong bầu khí quyển của Sao Kim – như sulfur dioxide – phát ra tín hiệu yếu hơn so với các khí được phân phối trên.

Hiện tượng này được gọi là sự pha loãng vạch phổ sẽ không ảnh hưởng đến các quan sát của JCMT, dẫn đến việc đánh giá thấp lượng lưu huỳnh đioxit mà JCMT nhìn thấy.

Lincowski cho biết: “Họ suy ra rằng khả năng phát hiện sulfur dioxide thấp là do tín hiệu yếu giả tạo từ ALMA. “Nhưng mô hình của chúng tôi cho thấy rằng dữ liệu ALMA được pha loãng theo đường sẽ vẫn nhất quán với lượng lớn hoặc thậm chí lớn của Venus sulfur dioxide, điều này có thể giải thích đầy đủ tín hiệu JCMT quan sát được.”

Khi phát hiện mới này được công bố, lượng lưu huỳnh đioxit thấp được báo cáo là trái ngược với những gì chúng ta đã biết về Sao Kim và các đám mây của nó. Công trình mới của các nhà thiên văn học cung cấp một khung hoàn chỉnh cho thấy lượng lưu huỳnh điôxít điển hình trong tầng trung quyển sao Kim có thể giải thích cả việc phát hiện tín hiệu và không phát hiện, trong dữ liệu JCMT và ALMA mà không cần đến phốt phát.

Với việc các nhóm khoa học trên khắp thế giới theo dõi những quan sát mới mẻ về “người” láng giềng có mây bao phủ của Trái đất, nghiên cứu mới này cung cấp một lời giải thích thay thế cho tuyên bố rằng một thứ gì đó về mặt địa chất, hóa học hoặc sinh học phải tạo ra phosphine trong các đám mây. Nhưng mặc dù tín hiệu này dường như có một lời giải thích đơn giản hơn – với bầu khí quyển độc hại, áp suất nghiền nát xương và một số nhiệt độ nóng nhất của hệ mặt trời bên ngoài mặt trời – Sao Kim vẫn là một thế giới bí ẩn, còn nhiều điều để chúng ta khám phá .

Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học Washington cung cấp . Bản gốc do James Urton viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tham khảo Tạp chí :

1. Andrew P. Lincowski, Victoria S. Meadows, David Crisp, Alex B. Akins, Edward W. Schwieterman, Giada N. Arney, Michael L. Wong, Paul G. Steffes, M. Niki Parenteau, Shawn Domagal-Goldman. Công bố phát hiện PH3 trong các đám mây của sao Kim là phù hợp với khí SO2 ở tầng thượng quyển . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2021 [ tóm tắt ]