神秘宇宙

你相信極高溫的金星可能曾經有海洋存在嗎?

金星可能是我們夜空中最明亮、最美麗的天體之一,但千萬不要被它騙了!

正如我們一直以來知道的,這個臨近我們的星球非常不適合生命存在——它是一個人類永遠無法涉足的有毒且非常炎熱的世界。

儘管金星與地球在可居住性方面存在差異,但它們之間仍有一些驚人的相似之處。例如這兩顆行星的大小、質量和密度都差不多,而且組成也非常相似。不過這時候就出現了一個問題:金星曾經適合生命居住嗎?

一項新的研究發現,如果金星曾經有過適合居住的條件,並且其表面有液態水,那也是很久以前的事了,而且只持續了很短的時間,之後金星就變成了今天這個乾枯、乾旱的世界。

芝加哥大學的行星科學家 Alexandra Warren 和 Edwin Kite 對金星大氣層的歷史進行了模擬,確定其氧氣流失的速度和機制——這反過來又代表了,如果金星曾經有過液態水(一些科學家對此表示懷疑),那會是在 30 多億年前。

以下是金星現在的情況。它非常乾燥,而且氧氣含量極低。它的大氣中含有 96% 的二氧化碳和 3% 的氮氣,以及微量的其他氣體,例如二氧化硫。

它的大氣層極其厚重,壓力是地球的 90 倍以上,並受到強風和硫酸雨的破壞。

而且由於它的大氣層太厚了,熱量無法散發,因此金星的表面溫度是太陽系所有行星中最高的,平均為 464 攝氏度(867 華氏度)。

在太陽系歷史的早期,當太陽不那麼強大時,金星的表面溫度可能更溫和,有液態水的湖泊和海洋存在。

行星科學家想知道金星是如何、以及為什麼會變成現在這個樣子的。由於金星與地球非常相似,所以研究它的歷史可以幫助我們弄清楚地球有多大的可能會遵循相同的路徑。

金星消失的氧氣去哪了?

金星大氣中的缺氧情況是個令科學家有點費解的問題。如果這顆行星真的有過液態海洋,那麼當金星升溫時,水就會蒸發到大氣中,通過光解分解成氫和氧,這是一種由陽光引發的化學反應。

氫氣會洩漏到太空中,但氧氣應該保留下來。

Warren 和 Kite 想知道氧氣可能去了哪裡,因此他們根據想象中可居住的金星構建出一個模型。他們在金星表面設置了海洋,模擬水的存在,增加了可能導致氧氣流失的機制,並調整了水量等參數,以及水可能存在的時間範圍。

他們讓模型運行了 94,080 次,如果運行結束時的氧氣、水和一氧化碳含量在當今金星大氣中這些氣體的上限範圍內,他們就認為模型成功了。

最後,只有一小部分模型運行成功,不過它們顯示了一些有趣的趨勢。

其中一種可能性是金星的氧氣與火山噴出的碳結合形成二氧化碳,但現實來看這個的可能性非常低。

在模型中,消失的氧氣似乎最有可能出現在兩個地方:洩漏到太空中,或者被封存在行星表面的可氧化岩漿(如玄武岩)中。而海洋乾涸的時間應該不超過 30 億年前。

但是金星過去火山活動的規模可能會受到金星大氣中仍然存在的放射性氬氣量的限制。所以在確定金星火山活動在過去的活躍程度之後,研究人員能夠估計這顆行星可能擁有多少水。

根據他們的研究結果顯示,金星之前有海洋,只是可能存在的水並不多。金星的海洋深度可能不超過 300 公尺(這還不到地球平均 3,688 公尺海洋深度的 10%)。

不過這個研究結果仍然調和了金星目前大氣中缺乏氧氣的現象以及其擁有潛在的早期宜居條件的情況,但是研究人員說,氧氣消失的問題其實只是一個很小的漏洞。

如果考慮到氬氣的記錄,這個漏洞就變得更小了。如果又考慮到金星當前大氣的整個範圍,在模擬的模型中只有不到 0.4% 的運行是成功的。

科學家未來的任務可能會嘗試測量金星表面的成分,來確定這顆行星是否有落入了這個非常狹窄的漏洞。

該研究已發表在 Proceedings of the National Academy of Sciences 上。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網站 http://www.tomorrowsci.com

資料來源:

  1. Starr, M., (13 March 2023). Oceans May Have Once Graced Venus Before It Became a Hell Planet. ScienceAlert
  2. Warren, A. O., & Kite, E. S., (6 March 2023). Narrow range of early habitable Venus scenarios permitted by modeling of oxygen loss and radiogenic argon degassing. Proceedings of the National Academy of Sciences 
  3. 圖片來源:https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nasa-climate-modeling-suggests-venus-may-have-been-habitable (credit: NASA)