Как пропадает марсианская вода

Недавно мы писали, как и когда на Марсе могла появиться вода. Логичное продолжение этой истории — рассказ, как на этой планете вода исчезает.

С помощью космического аппарата NASA Maven учёные обнаружили, что водяные пары поднимаются с поверхности Красной планеты в атмосферу выше, чем кто-либо мог предположить. Там молекулы воды взаимодействуют с ионами углекислого газа из ионосферы с выделением водорода, который легко улетучивается в космос. Исследователи считают, что этот механизм стал одной из основных причин потери Марсом глобального океана воды, толщина которого миллиарды лет назад могла достигать сотен метров.

Учёные опубликовали работу в журнале Science, в которой утверждают, что Марс продолжает терять воду и сегодня. Это не новость для научного сообщества, которое уже давно разработало модель механизма потери влаги Красной планетой. Но в своей работе авторы уточняют старую модель.

Ранее считалось, что водяной пар не поднимается слишком высоко: выше 40-50 км. Там находится гигропауза — холодный слой, где происходит конденсация паров. Оставаясь замкнутым в области ниже гигропаузы, водяной пар подвергается фотодиссоциации — разложению молекул на составляющие под действием солнечного ультрафиолета. При этом выделяется водород, проникает сквозь гигропаузу и улетучивается в космос.

Для проверки этой теории авторы использовали инструмент Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer на спутнике MAVEN, который регистрирует ионы и нейтральные атомы. Для повышения эффективности прибора орбиту MAVEN скорректировали так, чтобы аппарат мог пролетать через верхние слои атмосферы. Авторы проводили исследования в течение более чем двух марсианских лет. Они обнаружили, что присутствие водяных паров на высоте 150 км максимально, когда в южном полушарии планеты наступает лето. В это время Марс подходит ближе всего к Солнцу, а благодаря более тёплой погоде на планете выше вероятность возникновения мощных пылевых бурь.

Такие результаты не соответствуют старой теории. Вместо стабильного, постоянного потока молекул и атомов водорода в верхней атмосфере, масс-спектрометр обнаружил ионы воды, водорода и кислорода с большой переменчивостью их концентрации в разные времена года. Причина тому — прямой перенос выше гигропаузы водяного пара, который образуется после испарения льда во время тёплых сезонов. Обнаружение воды так высоко в атмосфере стало для исследователей большим сюрпризом.

Высокая летняя температура и сильные ветра, которые возникают в пылевых бурях, способствуют прогреву и ослаблению гигропаузы. Это позволяет водяным парам достичь самых верхних частей атмосферы. Там они разлагаются на свои составляющие — кислород и водород, которые, в свою очередь, легко улетучиваются в космос. Во время мощнейшей глобальной пылевой бури в июне 2018 года (той самой, которая вывела из строя марсоход Opportunity), учёные наблюдали в верхней атмосфере Красной планеты в 20 раз больше воды, чем обычно. За 45 дней этой бури Марс потерял столько же воды, сколько обычно теряет за целый марсианский год.

Изобилующие в верхних слоях ионы углекислого газа могут разбивать молекулы воды в 10 раз быстрее, чем это происходит в нижних слоях в процессе фотодиссоциации. Открытие в корне изменяет представление о том, с какой скоростью Марс теряет воду сейчас, и какие механизмы ответственны за это в прошлом. Подсчитано, что за последний миллиард лет Красная планета могла лишиться такого количества воды, которое покрыло бы всю её поверхность слоем толщиной в 44 сантиметра. За все 4,6 миллиардов лет своего существования Марс лишился слоя воды толщиной 105 метров.

Автор: Дмитрий Логинов

Источник: zen.yandex.ru