Produto químico inesperado encontrado na atmosfera superior de Vênus

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Prolongar / A assinatura espectral da fosfina sobreposta a uma imagem de Vênus.

Hoje, os pesquisadores estão anunciando que observaram uma substância química na atmosfera de Vênus que não tem o direito de estar lá. A substância química, fosfina (um átomo de fósforo ligado a três hidrogênios), seria instável nas condições encontradas na atmosfera de Vênus, e não há uma maneira óbvia para a química do planeta criar muito disso.

Isso está levando a muitas especulações sobre a perspectiva igualmente improvável de vida de alguma forma sobrevivendo na atmosfera superior de Vênus. Mas muito sobre esse trabalho requer informações externas, o que a publicação de hoje provavelmente solicitará. Embora definitivamente haja razões para pensar que a fosfina está presente em Vênus, sua detecção exigiu uma análise de computador bastante complexa. E definitivamente existem alguns químicos criativos que vão querer repensar a possível química do nosso vizinho mais próximo.

O que é fosfina?

O fósforo está uma linha abaixo do nitrogênio na tabela periódica. E, assim como o nitrogênio pode se combinar com três átomos de hidrogênio para formar a conhecida amônia, o fósforo pode se ligar a três hidrogênios para formar a fosfina. Em condições semelhantes às da Terra, a fosfina é um gás, mas não agradável: é extremamente tóxico e tem tendência a entrar em combustão espontânea na presença de oxigênio. E esse último recurso é o motivo pelo qual não vemos muito disso hoje; é simplesmente instável na presença de qualquer oxigênio.

Nós fazemos alguns para nosso próprio uso. E alguns micróbios que vivem em ambientes sem oxigênio também o produzem, embora não tenhamos identificado o processo bioquímico que o faz nem as enzimas envolvidas. Ainda assim, qualquer fosfina que consegue escapar para a atmosfera rapidamente se transforma em oxigênio e é destruída.

Isso não quer dizer que não exista em outros planetas. Gigantes gasosos como Júpiter têm. Mas eles também têm uma abundância de hidrogênio em sua atmosfera e nenhum oxigênio, permitindo que produtos químicos como fosfina, metano e amônia sobrevivam na atmosfera. E o calor intenso e a pressão próximos ao núcleo de um gigante gasoso fornecem condições nas quais a fosfina pode se formar espontaneamente.

Portanto, temos uma divisão clara entre gigantes gasosos, com atmosferas ricas em hidrogênio, onde a fosfina pode se formar, e planetas rochosos, onde a prevalência de oxigênio deve garantir sua destruição. Por essa razão, as pessoas sugeriram que pode ser uma bioassinatura que podemos detectar nas atmosferas de planetas rochosos: sabemos que é produzida pela vida na Terra e é improvável que sobreviva nas atmosferas ricas em oxigênio dos planetas rochosos. Foi assim que alguns pesquisadores acabaram apontando um telescópio para a atmosfera de Vênus.

Procurando sinais

Especificamente, os pesquisadores se voltaram para os 15 metros Telescópio James Clerk Maxwell telescópio no Havaí. Ele é capaz de gerar imagens em comprimentos de onda em torno de um milímetro, o que é interessante para a atmosfera de Vênus. A baixa atmosfera quente de Vênus produz uma abundância de radiação nesta área do espectro. E a fosfina é absorvida em um comprimento de onda específico na área. Portanto, se a fosfina estiver presente na atmosfera superior, sua presença deve criar uma lacuna em um local específico na inundação de radiação produzida pela atmosfera inferior de Vênus.

Em princípio, esta é uma observação extremamente simples. Na realidade, porém, é um pesadelo, só porque os níveis estão tão baixos. Aqui na Terra, onde sabemos que é feito, o nível de estado estacionário na atmosfera está na área de uma parte por trilhão, simplesmente porque é destruído muito rapidamente. Vênus também está se movendo em relação à Terra, o que significa que a localização de quaisquer sinais precisa ser ajustada para levar em conta o deslocamento Doppler. Finalmente, qualquer sinal também seria complicado pelo que eles chamam de "ondulações", ou casos em que partes do espectro sofreram reflexão em algum lugar entre Vênus e o telescópio.

Isso exigia um processamento extensivo dos dados do telescópio por computador. Mas, aparentemente para sua própria surpresa, esta análise parecia mostrar a presença de fosfina. (Em seu artigo, eles escrevem: "O objetivo era uma referência para desenvolvimentos futuros, mas, inesperadamente, nossas observações iniciais sugeriram que uma quantidade detectável de PH3 venusiano estava presente.") Então, eles fizeram outra pessoa repetir a análise independentemente. O sinal ainda estava lá. Eles também confirmaram que sua abordagem foi capaz de detectar água com deutério, um isótopo de hidrogênio, que sabemos estar presente na atmosfera de Vênus. Eles também descartaram a possibilidade de terem identificado erroneamente uma linha de absorção de dióxido de enxofre nas proximidades.

Então eles conseguiram o tempo em um segundo telescópio. Esse segundo telescópio foi o Atacama Large Millimeter Array, ou ALMA. Ele tem um poder de resolução muito melhor, permitindo que tratem Vênus como mais do que uma fonte pontual de luz. Isso confirmou que o sinal de fosfina ainda estava lá, e mais intenso nas latitudes médias, embora aparentemente ausente dos pólos e do equador. Isso significa que está presente em locais onde há mais circulação atmosférica de cima para baixo.

Então, eles concluem que a fosfina está presente, em níveis da ordem de 20 partes por bilhão.

Como no mundo isso foi parar lá?

Supondo que a análise seja válida, a grande questão é como ela foi parar lá. Os pesquisadores estimaram a rapidez com que seria destruída pelas condições da atmosfera venusiana e usaram isso para calcular quanto seria necessário produzir para manter os níveis de 20 partes por bilhão. E então eles foram em busca de algum tipo de reação química que pudesse produzir tanto.

E, bem, não há uma infinidade de boas opções. Sob as condições que prevalecem na atmosfera, tanto o fósforo quanto o hidrogênio serão oxidados, e não há muito dos dois por aí. Embora a radiação solar possa potencialmente liberar parte do hidrogênio que está lá, ela o faria muito lentamente, e a termodinâmica indicaria que é mais provável que reaja com algo diferente do fósforo. Da mesma forma, as vias de reação baseadas no provável vulcanismo de Vênus ficariam aquém da produção de fosfina suficiente por fatores de aproximadamente um milhão.

Tudo isso leva os pesquisadores a uma conclusão um tanto frustrante: "Se nenhum processo químico conhecido pode explicar o PH3 na atmosfera superior de Vênus, então ele deve ser produzido por um processo não considerado anteriormente plausível para as condições venusianas." Obviamente, no entanto, um dos implausíveis que precisa ser considerado é todo o motivo pelo qual as pessoas procuraram a fosfina em primeiro lugar, ou seja, que ela poderia ser produzida por seres vivos.

Mas há muita implausibilidade envolvida na vida em Vênus. Nada que reconheceríamos como vida poderia sobreviver em uma superfície planetária ferozmente quente banhada por dióxido de carbono supercrítico. A temperatura na alta atmosfera, onde se origina a assinatura da fosfina, é muito mais moderada. Mas isso exigiria alguma forma de vida que circule perpetuamente na alta atmosfera e de alguma forma sobreviva ao contato com as nuvens de ácido sulfúrico do planeta.

Não convencido

Então, ficamos em um lugar estranho. Um dos pesquisadores que liderou este trabalho disse: "Demorou cerca de 18 meses para nos convencermos de que havia um sinal." Você pode esperar que o resto do campo agora passará algum tempo tentando se convencer, provavelmente apontando um monte de telescópios adicionais para Vênus. Enquanto isso, os químicos vão tentar pensar em vias de reação adicionais que possam funcionar em condições semelhantes às de Vênus.

Há uma chance razoável de reportarmos os resultados desses esforços em breve, indicando que não há nada incomum acontecendo aqui. Mas se isso não acontecer, então dará um grande empurrão para o coro constante de vozes que têm argumentado que precisamos fazer mais para explorar Vênus. Existem alguns planos que envolvem aeronaves que podem passar longos períodos se movendo na atmosfera superior de Vênus. Se esses resultados forem válidos, eles parecem ser o meio perfeito de descobrir o que está produzindo esse produto químico.

Nature Astronomy, 2020. DOI: 10.1038 / s41550-020-1174-4 (Sobre DOIs)

Fonte: Ars Technica