در حال حاضر، جو سیاره زهره به گرمی یک اجاق و به‌قدری خشک است که حتی خشک‌ترین بیابان‌های زمین را نیز تحت‌الشعاع قرار می‌دهد، اما احوال این سیاره همسایه در گذشته‌ای نه چندان دور این‌چنین نبوده است.
بر اساس گزارش‌های منتشرشده در رسانه کانورسیشن، میلیاردها سال پیش، زهره به اندازه زمین امروز دارای منابع آبی بود. اگر آن آب زمانی به شکل مایع موجود بوده باشد، زهره احتمالاً دنیایی قابل سکونت به عرصه حیات داده است.
با گذشت زمان، به طرز معناداری منابع آب سیاره زهره تحلیل رفته و از بین رفته‌اند. درک چگونگی، زمان و دلایل این افت منابع آبی برای دانشمندان سیاره‌شناسی امیدوارکننده است و به آنان کمک می‌کند تا درک عمیق‌تری از شرایط لازم برای سکونت یک سیاره به دست آورند و دریابند که چه عواملی می‌توانند وضعیت سکونت‌پذیری یک سیاره را به خطر بیندازند.
دانشمندان نظریاتی درباره دلایل این نابودی گسترده آب دارند، اما واقعیت این است که حجم آب از دست‌رفته بیش از آن چیزی است که پیش‌بینی می‌شد.
تحقیقی که در «دانشگاه کلرادو بولدر» (CU Boulder) انجام شده، فرآیند جدیدی را در حذف آب کشف کرده که در دهه‌های اخیر مورد غفلت واقع شده است و می‌تواند تا حد زیادی معمای از دست دادن آب را روشن کند.
تعادل انرژی و از دست دادن اولیه آب
در منظومه شمسی، ما شاهد وجود یک ناحیه قابل سکونت هستیم؛ این ناحیه شبیه به یک حلقه باریک دور خورشید است که در آن سیارات می‌توانند آب مایع را در سطح خود حفظ کنند. زمین در مرکز این محدوده قرار دارد، در حالی که زهره در سمت گرم و مریخ در سمت سرد آن واقع شده است. موقعیت هر سیاره در این طیف به میزان انرژی دریافتی از خورشید و همچنین انرژی‌ای که از خود ساطع می‌کند، وابسته است.
نظریه‌های مرتبط با نحوه از بین رفتن آب در زهره به این تعادل انرژی مربوط هستند. تابش خورشید در زهره اولیه به مایع بودن آب موجود در جو آسیب رسانده و آن را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کرد. هیدروژن در جو یک سیاره، آن را گرم نگه می‌دارد، گویی که چندین پتو در یک شب گرم را بر روی تخت خواب انداخته‌اند.
زمانی که سیاره به شدت گرم شود، در واقع «پتو» را کنار می‌زند. در نتیجه، هیدروژن از طریق فرآیندی به نام «فرار هیدرودینامیکی» به فضا گریز می‌زند. این فرآیند از عوامل کلیدی در حذف آب زهره محسوب می‌شود. زمان دقیق وقوع این فرآیند مشخص نیست، اما به احتمال زیاد در حدود یک میلیارد سال اول عمر زهره روی داده است.
توقف فرار هیدرودینامیکی پس از از دست رفتن مقادیر زیاد هیدروژن اتفاق افتاد، اما مقادیر کمی از هیدروژن هنوز باقی مانده است. این وضعیت مشابه ریختن آب در یک بطری است که بعد از آن تنها چند قطره باقی می‌مانند و این قطرات به شکلی متفاوت نمی‌توانند فرار کنند. بنابراین، لازم است فرآیند دیگری در زهره وجود داشته باشد که به ادامه حذف هیدروژن کمک کند.
واکنش‌های کوچک و تفاوت‌های بزرگ
این پژوهش جدید بیانگر آن است که یک واکنش شیمیایی نادیده‌گرفته شده در جو زهره می‌تواند به طور کافی هیدروژن فراری تولید کند تا شکاف بین آب از دست‌رفته و موجود را پر کند.
چگونگی کارکرد این واکنش شیمیایی در تحقیق دانشگاه کلرادو بولدر به وضوح توضیح داده شده است. در جو زهره، مولکول‌های گازی مثبت بار HCO که متشکل از یک اتم هیدروژن، کربن و اکسیژن هستند، با الکترون‌های منفی بار ترکیب می‌شوند.
زمانی که مولکول‌های مثبت بار HCO و الکترون‌ها وارد واکنش می‌شوند، مولکول مثبت بار HCO به مونوکسید کربن خنثی (CO) و یک اتم هیدروژن تبدیل می‌شود. این پروسه به اتم هیدروژن انرژی می‌دهد تا از کشش سیاره فرار کند. این واکنش به نام نوترکیب تجزیه‌ای مثبت بار HCO شناخته می‌شود، اما پژوهشگران آن را به اختصار DR نامیده‌اند.
چون آب منبع اصلی هیدروژن در زهره است، واکنش DR به خشک شدن این سیاره منجر می‌شود. به احتمال زیاد این واکنش در طول تاریخ زهره تکرار شده است و شواهد نشان می‌دهد که تا به امروز نیز ادامه دارد. این واکنش، میزان فرار هیدروژن را که قبلاً توسط دانشمندان سیاره‌شناسی محاسبه شده بود، دو برابر کرده و درک آنها را از فرایند کنونی فرار هیدروژن در زهره متحول می‌کند.
درک شرایط زهره با استفاده از داده‌ها و مدل‌های رایانه‌ای
در این پروژه، پژوهشگران از مدل‌سازی رایانه‌ای و تحلیل داده‌ها برای مطالعه فرآیند DR در زهره استفاده کردند.
مدل‌سازی در واقع با پروژه مریخ شروع شده بود. مریخ نیز به نوبه خود دارای آب بود (هرچند کمتر از زهره) و اکثر آن را از دست داد.
پژوهشگران برای درک چگونگی فرار هیدروژن از مریخ، یک مدل محاسباتی برای شبیه‌سازی جو مریخ توسعه داده‌اند. با وجود تفاوت‌های بارز میان زهره و مریخ، این دو سیاره جوهای مشابهی دارند و پژوهشگران توانستند این مدل را برای زهره نیز به کار گیرند.
آنها دریافته‌اند که واکنش DR در جو هر دو سیاره مقادیر قابل توجهی هیدروژن فراری تولید می‌کند. این نتیجه با داده‌های به دست آمده از ماهواره «ماموریت تکامل مواد فرار و جو مریخ» یا (MAVEN) که در حال چرخش به دور مریخ است، هم‌خوانی دارد.
جمع‌آوری داده‌ها در جو زهره می‌تواند به تقویت مدل‌های رایانه‌ای کمک کند اما ماموریت‌های قبلی به سمت زهره، هیچ‌گاه مثبت بار HCO را اندازه‌گیری نکرده‌اند؛ نه به این دلیل که وجود نداشته باشد، بلکه به دلیل عدم طراحی‌ها برای شناسایی آن. البته آنها نگاهی به مواد شیمیایی که مثبت بار HCO را در جو زهره تولید می‌کنند، داشته‌اند.
تحلیل داده‌های جمع‌آوری شده توسط کاوشگر «پایونیر» و استفاده از دانش موجود در مورد شیمی سیارات نشان می‌دهد که احتمالاً مثبت بار HCO در جو زهره در مقادیر مشابه با مدل‌سازی رایانه‌ای وجود داشته باشد.
جست‌وجوی آب
این تحقیق جزئی از معماهایی است که دلیل از دست رفتن ذخایر آب سیارات را توضیح می‌دهد و بر میزان قابلیت سکونت یک سیاره تأثیر می‌گذارد. ما دریافته‌ایم که روند از دست دادن آب نه فقط یک بار، بلکه در گذر زمان و از طریق ترکیبی از فرآیندها به وقوع می‌پیوندد.
افزایش سرعت فرار هیدروژن از طریق واکنش DR نشان می‌دهد که به طور کلی، زمان کمتری برای حذف منابع آبی باقیمانده در زهره ضروری است. همچنین این بدان معناست که اگر اقیانوس‌های موجود در زهره اولیه وجود داشتند، احتمال دارد مدت زمان بیشتری نسبت به آنچه که دانشمندان تصور می‌کردند، زنده بمانند. این شرایط فرصت بیشتری برای بروز حیات احتمالی فراهم می‌آورد. اما نتایج این پژوهش که نشان‌دهنده وجود اقیانوس‌ها یا حیات است، به شواهد بیشتری نیاز دارد.
احساس نیاز به مأموریت‌ها و مشاهدات جدید در مدنظر قرار دادن زهره احساس می‌شود. مأموریت‌های آتی به زهره بعضی از بررسی‌های جوی را ارائه می‌دهند، اما بیشتر بر اتمسفر تمرکز نخواهند داشت. مأموریت آینده‌ای که به زهره خواهند فرستاد و مشابه مأموریت ماون در مریخ است، می‌تواند به‌طور قابل توجهی اطلاعات ما را درباره چگونگی شکل‌گیری و تحول جو سیارات زمین‌سان به افزایش دهد.
با پیشرفت‌های فناوری در سال‌های اخیر و از بین رفتن مرزهای جدید در مطالب مربوط به زهره، اکنون زمان مناسبی است تا توجه‌مان را به سمت این سیاره خواهر زمین منتقد کنیم.