Объединив наблюдения с трех орбитальных зондов, работающих на Марсе, ученые смогли определить, что даже небольшие пылевые бури играют существенную роль в потере планетой воды. Пылевые бури нагревают марсианскую атмосферу до больших высот, приводя к подъему молекул воды, которые разрушаются под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца.
Ученые давно подозревали, что Марс терял воду в основном таким путем. Проводились исследования, но они касались лишь глобальных пылевых бурь, а роль региональных и локальных бурь недооценивалась, хотя они происходят на Красной планете гораздо чаще, чем глобальные. Главными виновниками потери воды Марсом считали глобальные бури, происходящие каждые три-четыре марсианских года. В то же время региональные бури случаются практически каждое марсианское лето в Южном полушарии.
Новое исследование показывает, что атмосфера Марса локально прогревается и во время региональных пылевых бурь. Выяснилось, что Марс теряет в два раза больше воды во время региональных бурь, чем в сезоны без них.
Исследованию помогла благоприятная конфигурация орбит космических зондов во время региональный пылевой бури, происходившей с января по февраль 2019 года. Это позволило ученым собрать уникальные данные.
Аппарат MRO измерял температуру, концентрацию пыли и водяного пара от поверхности до высоты около 100 километров. Аппарат TGO измерял концентрацию водяного пара и льда, а зонд MAVEN измерял количество атомов водорода, «оторванных» от молекул воды и поднятых в самые верхние слои атмосферы Марса, откуда они улетучиваются в космос. Едва ли не впервые на Марсе так много миссий были нацелены на изучение одного процесса.
Собранные данные были объединены. На графике нижняя панель показывает пыль, накапливающуюся в атмосфере Марса над конкретными регионами. Средняя панель показывает соответствующее повышение температуры в атмосфере в слое до 50 километров. Следующая панель демонстрирует содержание льда в атмосфере. Видно, что из-за повышения температуры в области пылевой бури он не образуется, вода остается в форме пара.
На следующей панели показан регион вулканов Tharsis до, во время и после пылевой бури. Можно заметить белые ледяные облака, покрывающие вулканы до и после бури, но не во время нее. На второй панели сверху показано увеличение концентрации воды на больших высотах во время пылевой бури, а на верхней панели видно соответствующее повышение концентрации водорода на высотах около 1000 километров. Его источником стали расщепленные молекулы воды, поднявшиеся слишком высоко.
Данные, собранные с помощью четырех приборов на трех космических аппаратах, дают четкую картину роли региональной пылевой бури в утечке воды с Марса.
Спектрометры TGO показали водяной пар в нижних слоях атмосферы до начала пылевой бури. В обычных условиях он замерзает с подъемом на незначительную высоту. Однако когда началась пылевая буря, нагревшая атмосферу в средних и верхних слоях, спектрометры показали присутствие водяного пара на большой высоте. А в средней атмосфере его концентрация увеличилась в десять раз. Аналогичные данные показали приборы на MRO, что свидетельствует о точности собранной информации.