Пыльные бури, возможно, унесли большую часть воды с Марса

Марс
Древний океан на Марсе, известный как Аравия. Предположительно океан сформировался около 4 миллиардов лет назад. Авторы и права: Robert Citron images, UC Berkeley.

Согласно новому исследованию, марсианские пыльные бури поднимают воду в атмосферу планеты выше, чем считалось возможным ранее, что приводит к потере Марсом его воды и потенциально способствовало испарению океанов за миллиарды лет.

Исследование показывает, что летние пыльные бури могут направлять воду в верхние слои атмосферы Марса, разрушая молекулы и позволяя водороду улетать в космос.

Считается, что в далёком прошлом на Марсе существовал один или два океана. Но вода, которая когда-то могла поддерживать жизнь на поверхности планеты, была потеряна в течение нескольких эонов, и учёные долгое время искали причину этого. Теперь исследователи, использующие космический зонд MAVEN (NASA Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN), выяснили, что мощные летние пыльные бури могут поднимать воду над гигропаузой, холодным слоем атмосферы Марса.

“Пыльные бури вызывают внезапный выброс воды в верхние слои атмосферы”, – отметил ведущий автор исследования Шейн Стоун, аспирант Университета Аризоны.

Для изучения атмосферы Марса, Стоун использовал данные, собранные аппаратом MAVEN за более чем два марсианских года (чуть меньше четырёх земных лет). Он обнаружил, что обилие воды достигает пика во время южного лета, когда планета находится ближе всего к Солнцу и глобальные пыльные бури случаются чаще. Результаты исследования были опубликованы 13 ноября в журнале Science.

“Во время глобальной пыльной бури процесс, который мы описываем в своей статье, производит атомы [водорода] в 10 раз быстрее, чем классический процесс”, – сказал Стоун.

Внезапный всплеск количества воды

На Земле гигропауза служит своего рода барьером для удержания воды в нижних слоях атмосферы. Когда водяной пар достигает более холодного участка неба, он конденсируется из газа в жидкость, образуя облака. Как только вода конденсируется, она перестаёт двигаться вверх.

Марс
Фото Марса, полученное орбитальным аппаратом “Викинг 1” в 1970-х годах. Авторы и права: NASA / JPL / USGS.

В то время как предыдущие исследования предполагали, что вода может переноситься выше марсианской гигропаузы, новое исследование обнаружило сезонную тенденцию, а также связь с пыльными бурями и количеством воды, обнаруженным в верхних слоях атмосферы. Предыдущие модели допускают медленное просачивание воды из средних слоёв атмосферы через гигропаузу в космос.

“Классический процесс подобен медленной и устойчивой струйке водорода, движущейся к верхним слоям атмосферы, которая слабо зависит от сезонов, в то время как процесс, который мы описываем, подобен внезапному увеличению количества воды в верхних слоях атмосферы”, – сказал Стоун.

В то время как пыльные бури блокируют свет и тепло от поверхности планеты, они нагревают гигропаузу, ослабляя её и позволяя проходить большему количеству воды. Более высокие температуры южного лета также нагревают атмосферу, делая гигропаузу более пористой.

Марс
Южное полушарие Марса в представлении художника.Авторы и права: NASA.

Когда молекулы воды достигают верхних слоёв атмосферы, они реагируют с заряжёнными частицами или ионами и расщепляются на атомы водорода и кислорода. Поскольку водород является самым лёгким атомом, то некоторые из атомов могут развивать достаточно высокую скорость, чтобы преодолеть марсианскую гравитацию, и достигнуть космического пространства.

“Как только вода достигает верхних слоёв атмосферы, её время существования составляет всего около четырёх часов”, – сказал Стоун.

Инструмент NGIMS на зонде MAVEN отбирает образцы воздуха в момент, когда зонд погружается в атмосферу Марса на высоту 125 километров (78 миль) над поверхностью, что происходит каждые 4,5 часа. NGIMS обнаруживает ионы, которые он разделяет по массе, чтобы исследователи могли идентифицировать их и рассчитать количество воды в верхних слоях атмосферы.

Марс
Дельта Кратера Jezero – это хорошо сохранившаяся древняя речная дельта на Марсе. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech / MSSS / JHU-APL.

Согласно классической модели, большая часть воды в средней части атмосферы, которая разрушается солнечным светом, возвращается обратно на поверхность. Лишь некоторые из молекул водорода проходят через гигропаузу в верхние слои атмосферы и в конечном итоге покидают планету.

Была ли вода на Марсе?

Учёные уже давно знают, что классическая модель не может быть ответственной за быстрые изменения количества водорода в атмосфере Марса.

Описываемый в новой статье выброс воды в течение южного лета и во время пыльных бурь не отменяет классический процесс, который продолжается и сегодня. Однако глобальные и локальные пыльные бури, выбрасывающие воду в верхние слои атмосферы, производят атомы водорода примерно в 10 раз быстрее, чем классический процесс.

Марс
Эти два изображения были сделаны камерой Mastcam, установленной на борту марсохода Curiosity. Фотография слева была получена 21 мая, а фотография справа – 17 июня. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech / MSSS.

Возможно, наиболее ярким примером быстрого процесса в действии является глобальная пыльная буря 2018 года, которая вывела из строя марсоход “Оппортьюнити” (НАСА). Измерения, проведённые в течение двух дней шторма, показали, что количество воды, выброшенное в атмосферу, оказалось в 20 раз большим, чем при классическом процессе. Стоун и его коллеги подсчитали, что из-за чудовищной пыльной бури, за 45 дней Марс потерял столько же воды, сколько он обычно теряет в течение одного марсианского года, который составляет 687 земных дней.

По словам Стоуна, региональные пыльные бури, которые случаются каждый год на Марсе, приводят к меньшему, но всё же значительному увеличению количества воды в верхних слоях атмосферы и, как следствие, потере планетой водорода.

Марс
Учёные предполагают, что в далёком прошлом на Марсе существовали океаны. Авторы и права: Kevin Gill.

Исследователи подсчитали, что сезонный процесс, без учёта пыльных бурь, лишит Марс глобального слоя воды глубиной 44 сантиметра, за миллиард лет. Если предположить, что глобальная пыльная буря, подобная событию 2018 года, будет происходить раз в десятилетие, то за это время уровень марсианского океана уменьшится ещё на 17 сантиметров, а локальные пыльные бури каждый год будут способствовать ещё большим изменениям.

Сезонная доставка воды в верхние слои атмосферы Марса, вызванная пыльными бурями, могла сыграть существенную роль в эволюции марсианского климата от тёплого и влажного состояния миллиарды лет назад до холодной и сухой планеты, которую мы наблюдаем сегодня.


Больше информации: https://science.sciencemag.org/
Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.