Venüs bulutlarındaki gizemli maddeyi karartma arayışı daraldı, yüzyıllık gezegen bilmecesi çözüme bir adım daha yaklaştı.
Institute for Basic Science
Venüs bulutlarındaki yüzyıllık gizem daha da ilgi çekici hale geldi. Bilim insanları, gezegenin karanlık ultraviyole desenlerinin arkasındaki tanımlanamayan maddenin ışığı ne kadar güçlü absorbe etmesi gerektiğini hesapladı. Sonuçlar olası seçenekleri keskin biçimde daraltıyor ve gelecekteki uzay araçlarının gizemli maddenin organik, inorganik ya da beklenmedik başka bir şey olup olmadığını belirlemesine yardımcı olabilir.
Venüs normal görünür ışıkta soluk sarı görünür, ancak ultraviyole dalga boylarında manzara dramatik biçimde değişir. Orada, karanlık ve parlak yapılar gezegenin üst sülfürik asit bulutları üzerinde süpürür. Bu desenler yaklaşık bir yüzyıldır gözlemleniyor, ancak bunları üreten madde, "bilinmeyen emici" olarak bilinen madde hiç tanımlanamadı.
Şimdi uluslararası bir araştırma ekibi, bu gizemli maddenin neye benzemesi gerektiği konusunda yeni sayısal sınırlar koydu. Venüs gözlemlerini radyatif transfer modellemesiyle birleştiren bilim insanları, uzay araçlarının ve teleskopların gözlemlediği verilerle uyum sağlamak için gezegenin bulut damlaları içindeki sıvının ultraviyole ve mavi ışığı ne kadar güçlü absorbe etmesi gerektiğini tahmin etti.
Venüs bulutlarını laboratuvarda yeniden hayal etmek
Astrobiology dergisinde yayımlanan çalışma sorunu alışılmadık bir şekilde ele aldı. Baş yazar Dr. Jan Spacek, Venüs bulut maddesinin damlalar toplanıp spektrometrik bir küvette toplu sıvı olarak incelenebilse nasıl görüneceğini sordu.
Bu ayrım önemlidir, çünkü bir bulut, parçacıklarını oluşturan maddenin kendisinden çok farklı görünebilir.
Sigara dumanı tanıdık bir örnektir. Dumanın alt mikrometre boyutlu parçacıkları ışığı son derece etkili şekilde saçtığı için beyaz görünebilir. Ancak bu parçacıklar bir şişe içinde toplandığında, yanmış tütünün yoğun bir süspansiyonunu oluşturur; katran benzeri bir çamur.
Venüs bulutları da benzer bir optik ilkeye göre davranabilir, çünkü parçacık boyut dağılımları sigara dumanına benzer. Sonuç olarak uzaktan soluk sarı görünen bulutlar, yoğunlaştırıldığında şaşırtıcı derecede karanlık görünen sıvı içerebilir.
"Modelimiz, bulut maddesini bir küvette toplayıp laboratuvar spektrometresine koyduğumuzda ne olacağını soruyor" dedi Foundation for Applied Molecular Evolution, ABD'den baş yazar Jan Spacek. "Bu önemlidir, çünkü toplu bir sıvıdaki ışık absorpsiyonu, çözeltideki ışık emici maddenin konsantrasyonuyla ilişkili olabilir."
Gizemli maddenin ışığı ne kadar güçlü absorbe ettiğini ölçmek
Bu karşılaştırmayı mümkün kılmak için araştırmacılar Venüs gözlemlerini, ışığın bulut damlacıkları ve atmosferik moleküller tarafından tekrar tekrar saçılıp absorbe edilişini izleyen bir radyatif transfer modeli ile birleştirdi.
Ardından astronomik ölçümleri laboratuvar UV-görünür spektroskopisinde yaygın olarak kullanılan bir değere dönüştürdüler: bulut damlalarını oluşturan sıvının absorpsiyon katsayısı.
"Önemli olan, Venüs bulut parçacıklarının güneş ışığını çok verimli saçmasıdır, bu yüzden uzaydan gözlenen parlaklık doğrudan laboratuvarda ölçülen toplu bir sıvının absorpsiyonuyla karşılaştırılamaz" dedi çalışmadaki radyatif transfer modeli hesaplamalarını yapan Güney Kore'deki Institute for Basic Science bünyesindeki Planetary Atmospheres Group'tan Dr. Yeon Joo Lee. "Bulut parçacıkları ve atmosfer tarafından saçılma ve absorpsiyonu hesaba katarak model, bulut damlalarının sıvısının kendisinin ışığı ne kadar güçlü absorbe etmesi gerektiğini tahmin etmemizi sağlıyor."
Modellenen 365-455 nm dalga boyu aralığında, gerekli dekadik absorpsiyon katsayısı 375 nm'de yaklaşık 1.278 cm⁻¹'e ulaşıyor.
Bu zorlayıcı bir gerekliliktir. Bilinmeyen emici maddenin ya ışığı absorbe etmede son derece etkili olması, damlacıklar içinde çok yüksek konsantrasyonda bulunması ya da her iki koşulu da sağlaması gerekir.
Karbon bazlı moleküller bunu açıklayabilir mi?
Bu kadar güçlü absorpsiyon sağlayabilecek olası madde sınıflarından biri, yüksek oranda absorbe eden konjuge organik moleküllerdir. Bu bağlamda "organik" yalnızca karbon bazlı demektir ve maddenin yaşamdan geldiğini göstermez.
Verimli porfirinoid pigmentlere benzer absorpsiyon gücüne sahip moleküller için gerekli konsantrasyon yaklaşık 10 gram litre başına olurdu.
Araştırmacılar, Venüs'ün karanlık ultraviyole özelliklerinden sorumlu olanın klorofil, hem ya da herhangi belirli bir biyolojik pigment olduğunu öne sürmediklerini vurguluyor. Bunun yerine bu bileşikler, ışığı çok verimli absorbe eden moleküllerin tanıdık örnekleri oldukları için referans noktası olarak kullanılıyor.
Venüs'ün absorpsiyon spektrumunun şekli başka önemli bir ipucu ekliyor.
Yoğun sülfürik asitte yerleştirilen basit organik bileşikler karanlık ve kimyasal olarak karmaşık "katran benzeri" karışımlar oluşturmak üzere reaksiyona girebilir. Ancak bu karışımlar genellikle görünür spektrum boyunca geniş absorpsiyon yapar ve kahverengi ya da siyah görünür.
Bu davranış, 365 ile 455 nm arasında absorpsiyonun keskin biçimde düştüğü Venüs için çıkarılan örüntüye uymaz.
"Gözlenen ışık absorpsiyonu konjuge organik maddeden kaynaklanıyorsa, nispeten keskin absorpsiyon profili, organikleri yoğun sülfürik asitte çözdüğümüzde tipik olarak gözlemlediğimiz katran benzeri karışıma dönüşmeye direnen kimyasal olarak tanımlanmış bir emiciyle tutarlıdır" dedi Spacek.
Yeni kısıtlamalar Venüs gizemini daha da zorlaştırıyor
Sonuçlar bilinmeyen emiciyi hemen tanımlamak yerine olası adayların listesini daha kısıtlayıcı hale getiriyor.
"Paradoksal olarak, bilinmeyen emici üzerinde ek kısıtlamalar koyarak gizemi daha da ilgi çekici hale getirmiş olabiliriz" dedi Polonya'daki Wroclaw University of Science and Technology'den Janusz J. Petkowski.
İnorganik açıklamalar da zorluklarla karşı karşıya.
"Model, önerilen herhangi bir emici için zorlayıcı bir kısıtlama getiriyor" dedi Birleşik Krallık'taki Cambridge Üniversitesi'nden Paul B. Rimmer. "Önerilen inorganik adayların birçoğu, gerekli absorpsiyonu karşılamak için çok yüksek konsantrasyonlarda bulunması gerekecektir."
Önemli olan, bulgular Venüs bulutlarında yaşamın var olduğunu göstermiyor ve gizemli emicinin organik olduğunu kanıtlamıyor.
Bunun yerine araştırma, önerilen herhangi bir maddenin, organik ya da inorganik olsun, karşılaması gereken belirli nicel gereksinimleri tanımlıyor. Bunlar ışığı ne kadar verimli absorbe ettiği, ne kadar konsantre olması gerektiği, atmosferde nerede dağıldığı ve gözlenen bulut parçacığı boyutları aralığında gerçekçi biçimde var olup olamayacağı gibi hususları içeriyor.
Gelecek görevler gizemi doğrudan test edebilir
Bilim insanları artık bu kısıtlamaları laboratuvar deneylerinde test edebilir ve sonunda Venüs atmosferinin içinde doğrudan yapılan ölçümlerle karşılaştırabilir.
Morning Star Missions to Venus girişimi, Venüs bulutlarının kimyasını incelemeye yönelik in situ teknikler geliştiriyor. Bu çalışmalar karmaşık organik moleküllerin aranmasını ve bilinmeyen emiciyi tanımlamaya yardımcı olabilecek ölçümleri içeriyor.
Planlanan aletlerden biri olan Autofluorescence Nephelometer, Venüs bulut parçacıklarını organik moleküllerle ilişkilendirdiğimiz floresans açısından incelemeye tasarlandı. Rocket Lab'ın Venüs'e yönelik bir görevi için planlanıyor.
Uzak gözlemleri laboratuvar kimyası ve gelecekteki uzay aracı ölçümleriyle ilişkilendiren araştırma, Venüs'ün en uzun süredir devam eden gizemlerinden birini çözmeye yönelik yeni bir yol sunuyor.
