Марс всегда был слишком мал, чтобы удержать свои океаны, реки и озера

Благодаря наблюдениям роботов-исследователей, таких как марсоходы НАСА Curiosity и Perseverance, ученые знают, что в древнем прошлом жидкая вода текла по поверхности Марса: когда-то на Красной планете были озера, реки и ручьи, и, возможно, даже огромный океан, покрывавший большую часть ее северного полушария.

Но эта поверхностная вода исчезла около 3,5 миллиарда лет назад, исчезла в космосе вместе с большей частью марсианской атмосферы. Ученые полагают, что этот резкий сдвиг климата произошел после того, как Красная Планета потеряла свое глобальное магнитное поле, которое защищало атмосферу Марса от разрушения заряженными частицами, исходящими от Солнца.

Но эта непосредственная причина, согласно новому исследованию, была обусловлена более фундаментальной движущей силой: Марс просто слишком мал, чтобы удерживать поверхностные воды в течение длительного времени.

"Судьба Марса была решена с самого начала", - говорится в заявлении соавтора исследования Кун Ванга, доцента наук о Земле и планетах в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. "Вероятно, существует порог требований к размеру скалистых планет, чтобы удерживать достаточное количество воды, чтобы обеспечить обитаемость и тектонику плит". Ученые считают, что этот порог выше, чем на Марсе.

Исследовательская группа во главе с Чжэнь Тянем, аспирантом в лаборатории Вана, исследовала 20 метеоритов с Марса, которые они выбрали для изучения объемного состава Красной планеты. Исследователи измерили содержание различных изотопов калия в этих внеземных породах, возраст которых варьировался от 200 миллионов лет до четырех миллиардов лет. (Изотопы - это разновидности элемента, которые содержат разное количество нейтронов в своих атомных ядрах.)

Тянь и ее коллеги использовали калий, известный под химическим символом К, в качестве индикатора для более "летучих" элементов и соединений - таких, как вода, которая переходит в газовую фазу при относительно низких температурах. Они обнаружили, что Марс потерял значительно больше летучих веществ во время своего формирования, чем Земля, которая примерно в девять раз массивнее Красной планеты. Но Марс держался на своих летучих веществах лучше, чем Луна Земли и астероид Веста шириной 530 километров, оба из которых намного меньше и суше, чем Красная планета.

"Причина гораздо более низкого содержания летучих элементов и их соединений на дифференцированных(*) планетах, чем на примитивных недифференцированных(*) метеоритах, была давней проблемой", - сказала соавтор Катарина Лоддерс, профессор-исследователь наук о Земле и планетах в Вашингтонском университете. (*)"Дифференцированный" относится к космическому телу, внутренняя часть которого разделилась на различные слои, такие как кора, мантия и ядро.)

"Обнаружение корреляции изотопных составов K с гравитацией планеты является новым открытием, имеющим важные количественные последствия для того, когда и как дифференцированные планеты получили и потеряли свои летучие вещества", - сказал Лоддерс.

Новое исследование, опубликованное 20 сентября в журнале Proceedings of the National Academies of Sciences предполагает, что малый размер - это двойной удар по обитаемости. Малые планеты теряют много воды во время формирования, а их глобальные магнитные поля отключаются относительно рано, что приводит к истончению атмосферы. В отличие от этого, глобальное магнитное поле Земли все еще сильно, питаемое динамо-машиной глубоко внутри нашей планеты.

По словам членов команды, новая работа также может найти применение за пределами нашего собственного космического двора.

"Это исследование подчеркивает, что существует очень ограниченный диапазон размеров планет, на которых достаточно, но не слишком много воды, чтобы создать пригодную для жизни поверхностную среду", - сказал соавтор Клаус Мезгер из Центра космоса и обитаемости при Университете Берна в Швейцарии. "Эти результаты помогут астрономам в поисках пригодных для жизни экзопланет в других солнечных системах".

Ученые считают, что современный Марс все еще поддерживает, например, потенциально пригодные для жизни подземные водоносные горизонты. А на таких лунах, как Европа Юпитера и Энцелад Сатурна, под их покрытыми льдом поверхностями находятся огромные, возможно, поддерживающие жизнь океаны.