Наиболее интенсивно Марс теряет воду во время южного лета и пылевых бурь.
Сегодня воды на Марсе исключительно мало, но рельеф и минеральный состав поверхности планеты заставляет думать, что так было не всегда. Ранний Марс, вероятнее всего, содержал довольно значительные резервуары жидкой воды – глубина гипотетического глобального океана могла достигать 500 м. Однако сейчас из-за низкого атмосферного давления вода может существовать лишь в виде льда или водяного пара, причём в последней форме она довольно легко «уходит» в космос. На высоте больше 50 км углекислотная атмосфера больше не задерживает ультрафиолетовое излучение Солнца, и оно разрушает молекулы воды. Получившиеся напрямую атомы водорода «улетают» в космос.
Довольно долгое время представлялось, что вся вода сосредоточена в нижней атмосфере Марса, откуда водород медленно поднимается в верхнюю атмосферу, и, следовательно, процесс его ухода из атмосферы равномерный и не зависящий от времени года. Но данные, полученные с помощью инфракрасного спектрометр SPICAM (сокращение от The Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars, «спектроскопия для исследования характеристик атмосферы Марса») на борту космического аппарата «Марс-Экспресс», рисуют гораздо более сложную картину.
«Марс-Экспресс», запущенный с космодрома Байконур в 2003 г., работает на орбите вокруг Марса с конца 2003 года, то есть около восьми марсианских лет. И всё это время он рутинно измеряет содержание водяного пара в атмосфере на высотах до 100 км над поверхностью Красной планеты. Особенность прибора SPICAM в том, что он способен исследовать атмосферу планеты в режиме «солнечных затмений», наблюдая, как солнечный свет просвечивает слой атмосферы на краю планетного диска. Благодаря этому можно изучать распределение молекул водяного пара на разных высотах. А это — ключ к пониманию самых тонких процессов в атмосфере: как движутся атмосферные массы, какие химические и физические процессы происходят в них и где именно.
Обработав данные SPICAM за восемь марсианских лет, Анна Фёдорова, руководитель лаборатории экспериментальной спектроскопии ИКИ РАН, и её коллеги обнаружили, что в периоды, когда Марс находится дальше от Солнца, водяной пар практически не поднимается выше отметки в 60 км. Это происходит, когда планета находится в афелии — точке орбиты, наиболее удаленной от Солнца (орбита Марса более вытянута по сравнению с земной, поэтому разница заметна, 207 и 249 миллионов км). В это время в северном полушарии лето, в южном — зима. Напротив, когда Марс проходит перигелий, ближайшую к Солнцу точку (во время южной зимы), водяной пар может подниматься до 90 км над поверхностью, не конденсируясь в лед. Концентрация водяного пара в этот период может достигать 100 частиц на миллион в единице объёма. В это время года скорость потери воды Марсом увеличивается, верхняя атмосфера насыщается водой, а оттуда она уходит в космос.
Кроме этого, исследователи проанализировали данные, полученные во время глобальных пылевых бурь на Марсе, 2007 и 2018 годов (по земному исчислению). В это время атмосфера становится ещё более теплой и влажной, а перенос воздушных масс более интенсивным, поднимая тем самым воду на высоты больше 80 км. «То, что Марс теряет воду, было известно давно, — поясняет Анна Фёдорова. — Но сейчас становится понятно, что этот процесс нестабильный. Благодаря активным наблюдениям в последние годы, фактически, идет смена парадигмы, так как в моделях учитывается постоянный и более медленный темп».
Подтверждение тому нашла группа исследователей под руководством Жана-Ива Шафрэ (Jean-Yves Chaufray, LATMOS). Исследователи смоделировали темп потери воды Марсом за два года, а затем сравнили результаты с данными SPICAM. В целом, данные согласуются, за исключением периодов пылевых бурь — оказалось, что модель даёт более низкие результаты, чем наблюдается на Марсе. С учётом этих результатов группа Жана-Ива Шафрэ предполагает, что Марс теряет слой воды глубиной примерно 2 метра за каждый миллиард лет. Тем не менее, этого недостаточно, чтобы объяснить, куда делись те объёмы марсианской воды, которые сформировали современный ландшафт Марса. «Возможно, теперь она находится в грунте, либо в прошлом Марс терял воду ещё интенсивнее», — предполагает исследователь.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение