Новые данные о высвобождении водорода из атмосферы Марса благодаря «Хабблу» и MAVEN
Марс теряет воду не просто так, а по сложному, сезонному сценарию, который ученые впервые смогли проследить в деталях. Совместная работа космического телескопа «Хаббл» и орбитального аппарата MAVEN показала: ключевую роль в опустынивании Красной планеты играет не только гравитация, но и ее вытянутая орбита. Каждое сближение с Солнцем запускает настоящий «насос», выбрасывающий водяной пар в верхние слои атмосферы, откуда он уже не возвращается.
Как солнечный свет высасывает воду из атмосферы
Основной механизм потери влаги на Марсе связан с фотодиссоциацией. Когда ультрафиолетовое излучение звезды попадает на молекулы воды в разреженной газовой оболочке планеты, они распадаются на атомы водорода и кислорода. Легкий водород, не удерживаемый слабой гравитацией, улетучивается в космическое пространство. Этот процесс известен давно, но новое исследование под руководством Джона Кларка из Бостонского университета выявило его турбулентный, взрывной характер.
Роль дейтерия в расшифровке прошлого
Ключом к пониманию истории потери воды стал дейтерий — тяжелый изотоп водорода. Он покидает планету гораздо медленнее. Измеряя текущее соотношение дейтерия и обычного водорода в марсианской атмосфере, ученые могут экстраполировать скорость утечки назад на миллиарды лет. Чем выше доля дейтерия сегодня, тем больше легкого водорода (а значит, и воды) планета потеряла за свою историю.
Эллиптическая орбита как главный катализатор
Орбитальный аппарат MAVEN, находясь на орбите с 2014 года, не обладал достаточной чувствительностью для наблюдения за выбросами дейтерия в холодные марсианские зимы. Для заполнения пробелов команде Кларка потребовались архивные данные «Хаббла», начиная с 1991 года. Совместный анализ трех марсианских лет (каждый длится 687 земных суток) дал неожиданный результат.
Оказалось, что марсианская атмосфера гораздо динамичнее, чем считалось. Вместо медленного, равномерного дрейфа атомов вверх, наблюдается резкий скачок активности. Когда планета проходит ближайшую к Солнцу точку своей орбиты (перигелий), происходит быстрый нагрев. Вода в огромных количествах поднимается в верхние слои, где расщепляется. Дополнительный импульс атомам придают столкновения с протонами солнечного ветра, что значительно ускоряет их побег.
Именно эти сезонные «выбросы», а не постоянная утечка, являются доминирующим фактором, определяющим обезвоживание планеты за последние 4 миллиарда лет.
Еще до того, как Марс стал ледяной пустыней, на его поверхности существовали океаны жидкой воды, сопоставимые по объему с земными. Предыдущие модели предполагали, что основная часть влаги была потеряна в первые миллиарды лет после формирования планеты. Новые данные корректируют эту картину, показывая, что процесс потери был неравномерным и продолжался гораздо дольше, чем предполагалось.
Понимание механизмов потери воды на Марсе выходит далеко за рамки истории одной планеты. Марс, Венера и Земля находятся в обитаемой зоне Солнечной системы, но их климатические пути кардинально разошлись. Изучая, как ультрафиолет и гравитация превратили некогда влажный мир в безжизненную пустыню, астробиологи получают инструмент для оценки потенциала обитаемости экзопланет. Если планета у другой звезды имеет схожий орбитальный эксцентриситет и разреженную атмосферу, ее шансы удержать воду резко снижаются. Кроме того, эти исследования дают практическую основу для прогнозирования того, сможет ли Марс когда-либо быть терраформирован — или его судьба как сухого мира уже предрешена на миллиарды лет вперед.
