Непреходящая загадка марсианской воды
На протяжении десятилетий ученые-планетологи боролись с одной из самых глубоких загадок Марса: что случилось с ее обильной древней водой? Геологические данные, от высохших русл рек до обширных озер, рисуют картину планеты, которая когда-то содержала значительное количество жидкой воды, возможно, даже океанов. Сегодня Марс представляет собой холодную и засушливую пустыню, оставшаяся вода спрятана в виде льда на полюсах и под поверхностью. Хотя теории уже давно предполагают, что большая часть этой воды была либо поглощена марсианской корой, либо медленно унесена солнечными ветрами в течение миллиардов лет, новые данные раскрывают гораздо более динамичный и удивительный механизм: мощные пылевые бури активно выбрасывают водяной пар в космос.
Это революционное открытие, опубликованное недавно в журнале *Science Advances*, бросает вызов предыдущим предположениям о том, что значительная потеря воды была явлением в основном глубокого прошлого или ограничивалась редким явлением. пылевые явления, окружающие планету. Вместо этого это предполагает, что даже локализованные, относительно скромные пылевые бури являются эффективными агентами продолжающегося гидрологического бегства Марса, постоянно выкачивая драгоценные запасы воды планеты.
Пылевые бури: невоспетые агенты атмосферного бегства
Открытие пришло от совместной группы исследователей, возглавляемой доктором Анной Петровой, планетологом из Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны, и доктором Лораном. Дюбуа из Национального центра научных исследований Франции (CNRS). Их выводы основаны на обширных данных, собранных Европейским космическим агентством (ЕКА) и орбитальным аппаратом ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) Роскосмоса, в частности с использованием инструмента «Надир и затмение для открытия Марса» (NOMAD). Гиперспектральные возможности NOMAD позволили команде тщательно отслеживать распределение водяного пара и полутяжелой воды (HDO) на различных высотах в марсианской атмосфере.
Анализируя наблюдения, сделанные в течение 34-го марсианского года (что эквивалентно земным 2017-2019 годам), ученые сосредоточились на периодах повышенной активности пыли. Они заметили значительный всплеск концентрации водяного пара, достигающий беспрецедентных высот, иногда превышающих 80 километров (приблизительно 50 миль) над поверхностью Марса. Это явление не ограничивалось массивной пылевой бурей, окружающей планету в 2018 году, которая, как известно, затмила всю планету и способствовала гибели марсохода НАСА Opportunity. Скорее, это также наблюдалось во время небольших региональных пыльных бурь и даже локализованных пыльных бурь, что предполагает гораздо более распространенный процесс, чем предполагалось ранее. Частицы пыли, действуя как микроскопические лифты, эффективно переносят молекулы воды в разреженную атмосферу выше, чем они обычно достигают.
Распаковка механизма потери
Поднявшись на такую огромную высоту, молекулы воды попадают во враждебную среду, готовую к разрушению. Тонкая атмосфера Марса практически не защищает от резкого солнечного излучения. Солнечное ультрафиолетовое (УФ) излучение, особенно на больших высотах, достаточно мощное, чтобы расщепить молекулы воды (H₂O) посредством процесса, известного как фотодиссоциация. Эта химическая реакция расщепляет H₂O на составляющие его атомы: радикалы водорода (H) и гидроксила (OH).
Критическим фактором потери воды является судьба атомов водорода. Будучи самым легким элементом, водород испытывает значительно меньшее гравитационное притяжение Марса по сравнению с более тяжелыми элементами. Освободившись от молекулы воды, эти несвязанные атомы водорода получают достаточно энергии, чтобы достичь скорости убегания, медленно, но неуклонно истекая в космический вакуум. По оценкам исследования, этот механизм вносит значительный вклад в продолжающуюся потерю воды на Марсе, потенциально ответственную за значительную часть воды, которая исчезла со времен влажной эпохи. Это постоянное разрушение атмосферы, вызванное повседневным марсианским явлением, рисует новую картину долгосрочного высыхания планеты.
Переписывая гидрологическую историю Марса
Это открытие имеет глубокие последствия для нашего понимания эволюции Марса и его потенциала для прошлой или даже нынешней жизни. Если даже относительно небольшие пылевые бури могут эффективно переносить воду на большую высоту, то этот процесс, вероятно, сыграл гораздо большую роль в высыхании планеты на протяжении миллиардов лет, чем считалось ранее. Это предполагает, что атмосфера Марса, даже в ее нынешнем состоянии, далека от статичности, когда дело касается воды, постоянно выбрасывая ее в космос.
Для будущих миссий человека на Марс понимание этих динамических процессов имеет решающее значение. Водяной лед является жизненно важным ресурсом для жизнеобеспечения, топлива и даже строительства. Выявление механизмов и темпов потери воды помогает ученым лучше моделировать распределение и доступность этих драгоценных запасов. Доктор Петрова отметила: "Это открытие заставляет нас пересмотреть весь гидрологический цикл на Марсе. Речь идет не только о том, где хранится вода, но и о том, как быстро она теряется в результате активных атмосферных процессов, которые мы можем наблюдать сегодня". Продолжающийся танец марсианской пыли и воды продолжает распутывать сложную историю нашего планетарного соседа.
