Новые результаты исследования климатических условий древнего Марса дают важные ответы на один из ключевых вопросов планетологии: как жидкая вода могла сохраняться на поверхности Красной планеты, несмотря на то, что её атмосфера и температура были очень низкими. Эта проблема напрямую связана с так называемым парадоксом слабого молодого Солнца — условием, при котором молодой Марс получал значительно меньше энергии от Солнца, чем Земля в тот же период, но при этом есть убедительные признаки существования рек, озёр и возможно даже морей на его поверхности.
Парадокс древнего Марса: вода vs холод
Анализы марсианских пород и данных орбитальных и наземных аппаратов (например, Curiosity в кратере Гейла) показывают, что приблизительно **3,5–3,6 миллиарда лет назад на Марсе существовали устойчивые поверхностные водоёмы — озёра, русла рек и возможно отдельные более крупные бассейны.
Тем не менее, климатические модели на основе текущих знаний о древней атмосфере Марса в те же эпохи показывают, что:
- Солнце было примерно на 25 % слабее, чем сегодня, что означало значительно меньший приток энергии на поверхность Марса;
- Атмосфера древнего Марса, вероятно, оставалась сравнительно тонкой, с давлением намного ниже земного, что препятствовало эффективному парниковому эффекту.
Оба этих фактора делают невозможным существование жидкой воды на открытой поверхности без каких-то специальных условий, поскольку вода быстро замерзала бы или испарялась в текущей марсианской обстановке.
Новая модель: сезонный лёд как защита от испарения
В работе, опубликованной в журнале AGU Advances, аспирантка Элеонор Мореланд (Rice University) и её соавторы предложили альтернативный сценарий, который может объяснить, как жидкая вода могла действительно существовать на древнем Марсе.
Исследователи разработали компьютерную модель LakeM2ARS (Lake Modeling on Mars for Atmospheric Reconstructions and Simulations) для оценки поведения марсианских озёр в различных климатических условиях. Эта программа моделирует:
- расположение и размеры древнего озера;
- предполагаемую атмосферную композицию;
- влияние сезонных и годовых температурных колебаний.
Результаты оказались неожиданными и важными:
- В «тёплых» сценариях, где средняя температура была выше точки замерзания на протяжённых периодах времени, вода активно испарялась, и озёра быстро высыхали. Это противоречит наблюдаемым геологическим признакам долговременного существования водоёмов.
- В холодных сценариях, где средние температуры были ниже нуля, озёра образовывали сезонные ледяные покровы, аналогичные тем, какие существуют сегодня в некоторых озёрах Антарктиды. Эти ледяные покровы действовали как изоляционный слой, замедляя испарение и позволяя воде оставаться жидкой под тонкой коркой льда во время относительно тёплых периодов года.
Согласно модели, даже если среднегодовая температура оставалась около −20 … −30 °C, жидкая вода могла существовать под ледяной коркой в течение сезонных тёплых периодов.
Почему сезонный лёд — лучший ответ
Эта концепция служит своего рода средним вариантом между двумя ранее обсуждаемыми теориями:
- идеей о том, что Марс когда-то был значительно тёплым и влажным за счёт активного парникового эффекта или частых вулканических/астероидных «тёплых импульсов», которые вставали чуждыми, но слишком кратковременными;
- подходом, предполагающим, что вода на Марсе всегда была преимущественно замороженной, с редкими короткими эпизодами таяния, которые не могли поддерживать озёра длительное время.
Модель с сезонным льдом показывает, что лёд мог выступать не постоянным покровом, а динамичным изолятором, который:
- защищал жидкую воду от быстрого испарения в периоды, когда температура поднималась выше нуля;
- оставлял характерные физические следы, которые отсутствуют в марсианских породах, если вода была всегда замёрзшей.
Такой подход объясняет наблюдаемую противоречивость марсианских данных: наличие признаков длительных водных отложений при одновременном отсутствии типичных геологических признаков постоянного многолетнего теплого климата.
Что это означает для истории Марса
Гипотеза сезонного ледяного покрова не только помогает восстановить возможные климатические условия раннего Марса, но и имеет важные последствия для понимания его геохимической и потенциально биологической истории.
- Гидрологическая активность: наличие жидкой воды даже под льдом означает, что процессы эрозии, осадконакопления и минералообразования могли происходить дольше, чем ранее предполагалось.
- Химическая эволюция поверхности: вода, даже частично укрытая льдом, могла способствовать образованию минералов, которые обнаруживаются в марсианских породах сейчас (глины, сульфаты и др.).
- Потенциал для среды, пригодной для жизни: жидкая вода является ключевым условием для известного земного типа жизни. Если вода существовала стабильнее и дольше, чем считалось, это расширяет возможные временные окна, в которых могли появляться или сохраняться биохимические процессы.
Контекст текущих исследований
Новые данные продолжают уточнять нашу картину древнего Марса. Последующие миссии, такие как Perseverance, собирают подробные геологические и химические данные в других областях, включая кратер Jezero, позволяя адаптировать модели вроде LakeM2ARS для разных исторических условий на планете.
Кроме того, орбитальные наблюдения и будущие экспедиции помогут оценивать географическое распространение и возраст водных отложений, что внесёт дополнительные уточнения в понимание древнего климата и гидрологии Марса.
Вывод
Новое исследование предлагает рациональное и физически обоснованное объяснение одной из центральных загадок о древнем Марсе: как жидкая вода могла существовать на его поверхности, несмотря на низкие температуры и слабое Солнце. Согласно этой модели, сезонный лёд, играя роль термоизолятора, позволял озёрам сохранять жидкую фазу в тёплые периоды, сочетая холодный климат с существованием жидкой воды, что согласуется с геологическими данными, полученными современными марсоходами и орбитальными аппаратами.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
