Марс сегодня представляет собой холодную и сухую планету, однако многочисленные геологические данные свидетельствуют о том, что в далеком прошлом на его поверхности существовали реки, озера и, возможно, даже океаны. Одной из главных задач планетологии остается понимание того, как именно Красная планета потеряла большую часть своей воды.
Новое исследование международной группы ученых позволило впервые напрямую наблюдать один из механизмов этого процесса. Наблюдения показали, что мощная локальная пылевая буря способна переносить водяной пар в верхние слои атмосферы Марса, где молекулы воды распадаются, а водород затем уходит в космос. Этот процесс приводит к постепенной утрате воды планетой.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Communications Earth & Environment.
Марс когда-то был водным миром
Современный Марс сильно отличается от того, каким он был миллиарды лет назад. На его поверхности обнаружены многочисленные признаки древней гидрологической активности:
- высохшие русла рек;
- минералы, образующиеся только в присутствии воды;
- следы древних озер и дельт.
Анализ изотопного состава марсианской атмосферы показывает, что планета потеряла огромные объемы воды. По оценкам ученых, в прошлом ее было достаточно, чтобы покрыть значительную часть поверхности планеты слоем глубиной около 140 метров, а в некоторых регионах могли существовать океаны глубиной до нескольких километров.
Понимание того, куда исчезла эта вода, является ключом к реконструкции климатической истории Марса.
Что происходит с водой в атмосфере Марса
Когда вода испаряется с поверхности или из ледяных отложений, она попадает в атмосферу в виде водяного пара. Под действием солнечного ультрафиолетового излучения молекулы воды могут распадаться на атомы кислорода и водорода.
Водород является самым легким химическим элементом. Поэтому он способен подниматься в самые верхние слои атмосферы, где гравитация планеты удерживает его значительно слабее. В итоге часть этих атомов постепенно улетает в космос, унося с собой водород из воды.
Этот процесс происходит на Марсе и сегодня. Но долгое время ученые не могли точно определить, какие атмосферные процессы ускоряют потерю воды.
Неожиданная роль пылевых бурь
Новое исследование показало, что важную роль в этом процессе могут играть локальные пылевые бури.
Во время наблюдений ученые зафиксировали необычное атмосферное явление: интенсивную региональную бурю, которая произошла в северном полушарии Марса в течение марсианского года 37 (2022–2023 годы по земному календарю).
Пылевые частицы в атмосфере поглощают солнечное излучение и нагревают окружающий воздух. Это приводит к изменениям атмосферной циркуляции и способствует вертикальному переносу газов.
В результате буря смогла поднять значительные объемы водяного пара из нижних слоев атмосферы на высоту более 40 километров.
Такие процессы ранее считались маловероятными в этот сезон.
Резкий рост содержания водяного пара
Наблюдения показали, что в средних слоях атмосферы концентрация водяного пара во время этого события увеличилась примерно в десять раз по сравнению с обычными значениями.
Поднявшись на большую высоту, молекулы воды становятся более уязвимыми для воздействия солнечного излучения. В результате они быстро распадаются.
После распада водяных молекул высвобождается водород, который затем начинает уходить в космическое пространство.
Наблюдения увеличения утечки водорода
После пылевой бури ученые зафиксировали значительное увеличение количества водорода в верхних слоях атмосферы Марса.
Измерения показали, что концентрация водорода на границе атмосферы выросла более чем в два раза по сравнению с предыдущими годами наблюдений.
Это прямое свидетельство того, что процесс разрушения водяных молекул и последующего ухода водорода в космос действительно усилился.
Новое понимание климатической эволюции Марса
Ранее ученые считали, что значительная потеря воды происходит в основном во время глобальных пылевых бурь, которые охватывают почти всю планету.
Однако новое исследование показывает, что даже локальные и относительно кратковременные бури могут значительно ускорять этот процесс.
Это означает, что механизмы потери воды на Марсе могут быть более частыми и разнообразными, чем предполагалось ранее.
Как проводились наблюдения
Для исследования использовались данные нескольких орбитальных аппаратов, изучающих атмосферу Марса.
Среди них:
- Trace Gas Orbiter миссии ExoMars;
- Mars Reconnaissance Orbiter;
- другие научные спутники, наблюдающие атмосферные процессы.
Совместные наблюдения позволили одновременно отслеживать:
- распределение пыли;
- концентрацию водяного пара;
- изменения в верхних слоях атмосферы.
Именно такой комплексный подход позволил впервые проследить всю цепочку процессов — от пылевой бури до потери водорода в космос.
Почему Марс потерял свою атмосферу
Одной из главных причин потери воды считается постепенное исчезновение плотной атмосферы планеты.
На ранних этапах истории Марс, вероятно, имел более плотную атмосферу и сильное магнитное поле. Однако со временем его внутреннее ядро остыло, магнитное поле ослабло, и солнечный ветер начал постепенно разрушать атмосферу.
Без плотной атмосферы планета потеряла способность удерживать тепло и воду, что привело к превращению Марса в холодный пустынный мир.
Что это означает для будущих исследований
Новое открытие дает ученым важные данные для понимания климатической эволюции Марса.
Если даже локальные пылевые бури способны значительно ускорять потерю воды, это означает, что такие события могли происходить регулярно на протяжении миллиардов лет.
Следовательно, они могли сыграть заметную роль в постепенном превращении Марса из влажного мира в сухую планету.
Марс и поиски следов жизни
Понимание того, как Марс потерял воду, имеет важное значение и для поиска возможных следов древней жизни.
Жидкая вода считается одним из ключевых условий для существования жизни. Если в прошлом Марс действительно имел стабильные водоемы, то на планете могли существовать условия, пригодные для микробной жизни.
Исследование процессов утечки воды помогает ученым определить, когда именно Марс перестал быть потенциально обитаемым.
Новые данные о судьбе марсианской воды
Наблюдение прямой связи между пылевыми бурями и утечкой водорода стало важным шагом в изучении истории Марса.
Оно показывает, что атмосферные процессы на планете могут быстро изменять распределение воды и ускорять ее потерю.
Такие результаты помогают ученым точнее моделировать климатическую эволюцию Марса и лучше понимать, как планета, когда-то богатая водой, превратилась в сухую и холодную пустыню.
Источники:
Статья создана по материалам techno-science.net
