Vermeende fosfine op Venus is vermoedelijk doodnormale zwaveldioxide

Artist impressie van de atmosfeer van Venus
Deze artist impressie toont het oppervlak en de atmosfeer van Venus en ook de fosfine moleculen. Deze moleculen drijven op een hoogte van 55 tot 80 kilometer in de wolken van Venus. Ze absorberen enkele van de millimeter golven die op lagere hoogtes worden geproduceerd. Ze werden gedetecteerd in de hoge wolken van Venus. De waarnemingen werden gedaan met de James Clerk Maxwell Telescope en de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Credit: ESO

In september 2020 kondigde een Engels onderzoeksteam aan dat ze fosfine hadden aangetroffen in het dikke wolkendek van Venus. De detectie van het team, gebaseerd op waarnemingen met twee radiotelescopen, verbaasde veel astronomen. De atmosfeer van de Aarde bevat kleine hoeveelheden fosfine die door leven zijn geproduceerd. Fosfine op Venus zorgde voor veel opwinding want hoe zou er leven mogelijk kunnen zijn in de zure wolken van deze helse planeet.

Sinds die eerste claim hebben andere onderzoeksteams de betrouwbaarheid van de fosfinedetectie in twijfel getrokken. Nu heeft een team wetenschappers van de universiteit van Washington een robuust model gebruikt om de omstandigheden in de atmosfeer van Venus te bekijken en de waarnemingen van de radiotelescopen die leidden tot de fosfine claim opnieuw te bekijken. Hun rapport zal gepubliceerd worden in het tijdschrift Astrophysical Journal. Ze schrijven daarin dat er hoogstwaarschijnlijk helemaal geen fosfine werd gedetecteerd.

In plaats van fosfine in de wolken van Venus komen de gegevens overeen met een alternatieve hypothese: zwaveldioxide. Zwaveldioxide is de op twee na meest voorkomende chemische verbinding in de atmosfeer van Venus en het wordt niet beschouwd als een bio-marker van leven.

In het team bevinden zich ook wetenschappers van het Jet Propulsion Laboratory van de NASA, het Goddard Space Flight Center van de NASA, het Georgia Institute of Technology, de universiteit van Californië en het Ames Research Center van de NASA.

Het door de universiteit van Washington geleide team toonde aan dat zwaveldioxide, op een niveau dat voor Venus aannemelijk is, niet alleen de waarnemingen kan verklaren maar ook veel beter overeenkomt met wat astronomen weten over de atmosfeer van Venus en zijn chemische samenstelling waaronder ook wolken van zwavelzuur.

Daarnaast laten de onderzoekers zien dat het oorspronkelijke signaal niet afkomstig was uit de wolkenlaag van de planeet maar ver er boven in een laag van de atmosfeer van Venus waar fosfinemoleculen binnen enkele seconden door de Zon zouden worden vernietigd. Dit geeft meer steun aan de hypothese dat het signaal door zwaveldioxide werd geproduceerd.

Zowel het vermeende fosfinesignaal als de nieuwe interpretatie draaien om radioastronomie. Iedere chemische verbinding absorbeert unieke golflengtes van het elektromagnetische spectrum, waaronder radiogolven, röntgengolven en zichtbaar licht. Astronomen gebruiken radiogolven, licht en andere emissies van planeten om te leren over hun chemische samenstelling en andere eigenschappen.

In 2017 zag het Engelse team in de radio-emissies van Venus op een golflengte van 266,94 GHz een kenmerk. Deze waarnemingen waren gedaan met de James Clerk Maxwell Telescope. Zowel fosfine als zwaveldioxide absorberen in de buurt van deze frequentie radiogolven. Om een verschil te maken tussen de twee werden er in 2019 vervolgwaarnemingen gedaan met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array.

Hun analyse van de ALMA-waarnemingen op de frequenties waar alleen zwaveldioxide absorbeert leidde tot de conclusie dat de zwaveldioxideniveaus op Venus te laag waren voor het signaal op 266,94 GHz en dat het daarom afkomstig moest zijn van fosfine.

In het nieuwe onderzoek van de universiteit van Washington begonnen de onderzoekers met het modelleren van de omstandigheden in de atmosfeer van Venus en ze gebruikten die modellen om de kenmerken die waren waargenomen, en niet waar genomen, in de datasets van de JCMT en ALMA te interpreteren.

Het gebruikte model is opgesteld aan de hand van gegevens over een periode van enkele tientallen jaren en het gebruikt verschillende bronnen waaronder telescopen op Aarde en ruimtevaartmissies zoals de Europese Venus Express.

Het team gebruikte dit model om de signalen van fosfine en zwaveldioxide op verschillende niveaus in de atmosfeer van Venus te simuleren en hoe die signalen dan weer door de JCMT en ALMA in 2017 en 2019 zouden worden opgevangen. Uitgaande van de vorm van het 266,94 GHz signaal dat werd gezien door de JCMT was de absorptie niet afkomstig van de wolkenlaag van Venus zegt het team. In plaats daarvan was het waargenomen signaal afkomstig van een hoogte van meer dan 150 kilometer boven het oppervlak, uit de mesosfeer van Venus. Op die hoogte worden fosfine moleculen binnen enkele seconden door chemische stoffen en ultraviolette straling vernietigd.

Volgens de onderzoekers is fosfine in de mesosfeer nog kwetsbaarder dan fosfine in de wolken van Venus. Als het signaal in de data van de JCMT afkomstig waren van fosfine in de mesosfeer dan zou er, rekening houdend met de sterkte van het signaal en de extreem korte levensduur van het molecuul 100 keer meer fosfine in de mesosfeer moeten worden gepompt als de fotosynthese op Aarde zuurstof aan de atmosfeer toevoegt.

De onderzoekers ontdekten ook dat de gegevens van de AMA vermoedelijk het signaal van de hoeveelheid zwaveldioxide in de atmosfeer van Venus onderschat. Deze waarneming had het Engelse team gebruikt om aan te geven dat het grootste deel van het 266,94 GHz signaal afkomstig was van fosfine.

In 2019 zorgde de configuratie van de antennes van ALMA voor een ongewenst bijeffect: het signaal van gassen die bijna overal in de atmosfeer kunnen worden aangetroffen, zoals zwaveldioxide, een zwakker signaal geven dan gassen die op een kleinere, lokale schaal voorkomen.

Dit fenomeen is bekend als verdunning van spectraallijnen zou de waarnemingen van de JCMT niet beïnvloeden maar het leidde wel tot een onderschatting van hoeveel zwaveldioxide er zichtbaar was in de JCMT-gegevens.

De Engelse onderzoeksgroep concludeerde een lage detectie van zwaveldioxide vanwege het kunstmatig zwakke signaal van ALMA maar de Amerikaanse modellen suggereren dat de lijn-verdunde ALMA-gegevens nog steeds consistent zouden zijn geweest met typische of zelfs grote hoeveelheden Venus-zwaveldioxide wat het waargenomen JCMT-signaal volledig zou kunnen verklaren.

Toen de ontdekking van fosfine werd aangekondigd stond de gerapporteerde lage hoeveelheid zwaveldioxide op gespannen voet met wat men al wist over Venus en zijn wolken. Het nieuwe onderzoek biedt een compleet raamwerk dat laat zien hoe typische hoeveelheden zwaveldioxide in de mesosfeer van Venus zowel de signaaldetectie als de niet-detectie in de JCMT- en ALMA-gegevens kunnen verklaren zonder dat hiervoor fosfine nodig is.

Deze nieuwe studie biedt een alternatieve verklaring voor de bewering dat iets geologisch, chemisch of biologisch fosfine in de wolken moet genereren.

Maar hoewel dit signaal een eenvoudigere verklaring lijkt te hebben, met een giftige, bottenverpletterende druk en de heetste tempraturen in ons zonnestelsel (buiten de Zon), blijft Venus een wereld van mysteries die nog veel te ontdekken geheimen heeft.

Artikel: Claimed detection of PH3 in the clouds of Venus is consistent with mesospheric SO2

Eerste publicatie: 29 januari 2021
Bron: spacedaily