Потеря воды на Марсе произошла из-за сезонов и бурь

Несмотря на засушливость сегодня, Марс когда-то был покрытым водой миром, как и наш. Доказательства этого видны на изображениях обширных, образованных наводнением каналов, речных долин и дельт, вырезанных на поверхности планеты, а также в радиолокационных наблюдениях резервуаров с жидкой водой, запертых под льдом и пылью Южного полюса Марса.

Теперь вода может существовать на Марсе только в виде льда или газа из-за низкого атмосферного давления на планете, которое составляет менее 1% от земного. Марс потерял большую часть своей воды в космосе за последние несколько миллиардов лет и до сих пор истекает водой из атмосферы.

Два новых исследования, проведенных под руководством Анны Федоровой из Института космических исследований Российской академии наук и Жана-Ива Шофре из Laboratoire Atmospheres Observations Spatiales, Франция, выясняют, как вода движется через атмосферу Марса и покидает ее. Они показывают, что на этот процесс влияет расстояние планеты от Солнца и изменения ее климата и погоды, в том числе массивные глобальные пыльные бури, часто наблюдаемые на планете.

В обоих исследованиях использовались обширные многолетние наборы данных, полученные с помощью прибора SPICAM (спектроскопия для исследования характеристик атмосферы Марса) орбитального аппарата Mars Express.

«Атмосфера - это связующее звено между поверхностью и космосом, и она может многое рассказать о том, как Марс потерял воду», - говорит Анна Федорова. «Мы изучали водяной пар в атмосфере на высоте до 100 км, область, которую еще не исследовали, в течение 8 марсианских лет».

Ученые обнаружили, что водяной пар оставался на высоте до 60 км, когда Марс находился далеко от Солнца, но поднимался до 90 км, когда Марс был ближе всего к Солнцу. На орбите расстояние между Солнцем и Красной планетой составляет от 207 миллионов до 249 миллионов км.

Вблизи Солнца более высокие температуры и более интенсивная циркуляция в атмосфере предотвращали замерзание воды на определенной высоте. «Затем верхние слои атмосферы увлажняются и насыщаются водой, что объясняет, почему скорость утечки воды увеличивается в это время года - вода уносится выше, и улетает в космос», - добавляет Анна.

В годы, когда на Марсе царствовала глобальная пылевая буря, верхние слои атмосферы стали еще влажнее, накапливая воду в избытке на высоте более 80 км.

«Это подтверждает, что пыльные бури, которые нагревают и разрушают атмосферу Марса, также доставляют воду на большие высоты», - говорит Анна. «Благодаря постоянному мониторингу Mars Express, мы смогли проанализировать две последние глобальные пыльные бури, в 2007 и 2018 годах, и сравнить данные с годами без бурь, чтобы определить, как штормы повлияли на утечку воды с Марса».

Это открытие подтверждается исследованиями под руководством Жана-Ива, который смоделировал плотность атомов водорода в верхних слоях атмосферы Марса в течение 2 лет и изучил, как это связано с утечкой воды.

«Мы сравнили наши результаты с данными SPICAM и обнаружили совпадение - за исключением пыльного сезона, когда наша модель недооценивала количество присутствующего водорода», - говорит Жан-Ив. «Во время бурь через атмосферу выходит гораздо больше воды, чем предсказывала модель».

Ученые подсчитали, что за 2 марсианских года, один из которых пережил пыльную бурю, скорость потери воды варьировалась примерно в 100 раз, что подчеркивает значительное влияние пыльных бурь на скорость потери воды Марсом.

Результаты показывают, что Марс теряет эквивалент глобального двухметрового слоя воды каждый миллиард лет. Но даже накопленная за четыре миллиарда лет истории Марса, это количество недостаточно, чтобы объяснить, куда ушла вся вода Марса.

«Значительное количество воды должно было когда-то существовало на планете, чтобы объяснить создаваемые водой особенности, которые мы видим», - говорит Жан-Ив. «Поскольку не все было потеряно в космосе, наши результаты показывают, что либо вода переместилась под землю, либо скорость утечки воды в прошлом была намного выше».

Результаты, полученные Анной, Жан-Ивом и коллегами, дополняют недавние выводы орбитального аппарата ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) ESA-Роскосмоса, который с 2018 года вместе с Mars Express отслеживает распределение воды в атмосфере Марса. Эти результаты показали, что скорость потери воды Марсом может быть связана с сезонными изменениями.

Работа Mars Express по определению потери воды Марсом также поддерживается миссией НАСА MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution), которая систематически измеряет химический состав марсианской атмосферы (в частности, уровни атомарного водорода и дейтерия, тяжелого изотопа водорода). Данные нескольких миссий помогут выяснить не только текущее поведение воды, но и совокупную потерю воды за марсианскую историю, что важно для определения того, ушла ли вода под поверхность Марса или в космос.

«Две ключевые темы в нашем продолжающемся исследовании Марса - это эволюция планеты и потеря воды, а также роль пыльных бурь в формировании марсианского климата и атмосферы», - говорит Дмитрий Титов, ученый проекта ESA Mars Express. «Эти результаты помогают понять долгосрочные процессы, лежащие в основе потери воды Марсом, и нарисовать картину не только его современной климатологии, но и того, как климат изменялся на протяжении всей истории. Для таких исследований нужны высококачественные наборы данных предоставленные SPICAM, а также инструменты TGO на борту ExoMars. Вместе эти и другие продвинутые миссии будут продолжать раскрывать тайны Марса».

Mars Express был запущен 2 июня 2003 года и провел более 17 лет на орбите Марса, тщательно отслеживая свойства атмосферы планеты.