После почти десятилетнего пребывания на орбите космический аппарат НАСА MAVEN впервые напрямую наблюдал процесс, который, как давно подозревали учёные, был причиной потери Марсом своей атмосферы.
Эта художественная концепция изображает раннюю марсианскую среду (справа) с жидкой водой и более плотной атмосферой по сравнению с холодной и сухой средой, которую мы видим сегодня (слева). (Изображение предоставлено Центром космических полётов имени Годдарда НАСА)
После почти десятилетнего пребывания на орбите космический аппарат НАСА MAVEN впервые напрямую наблюдал процесс, который, как давно подозревали учёные, был причиной потери Марсом своей атмосферы.
Результаты исследования, опубликованные 28 мая в журнале Science Advances, могут помочь ответить на давний вопрос о том, как Марс превратился из потенциально пригодного для жизни мира с реками и озёрами в преимущественно замёрзшую пустыню, которую мы видим сегодня.
Хотя сегодня Марс сухой, холодный и практически лишённый воздуха, на его поверхности есть неопровержимые свидетельства более влажного прошлого. Особенности, напоминающие древние речные долины, русла озёр и минералы, которые образуются только в присутствии воды, указывают на существование на Марсе многолетних озёр, возможно, даже неглубоких морей, которые текли по его поверхности миллиарды лет назад. Однако для сохранения жидкой воды Марсу потребовалась бы гораздо более плотная атмосфера, которая удерживала бы тепло и поддерживала более высокое давление на поверхности. Понимание того, когда и как исчезла эта атмосфера, необходимо для реконструкции эволюции климата Марса и определения того, как долго планета могла оставаться пригодной для жизни.
За последнее десятилетие учёные собрали всё больше доказательств того, что солнечный ветер — постоянный поток ионизированных частиц, испускаемых Солнцем, — и радиация разрушили большую часть марсианской атмосферы. Одним из наиболее значимых механизмов, вызывающих эту эрозию, является процесс, называемый распылением, при котором высокоэнергетические частицы солнечного ветра сталкиваются с верхними слоями атмосферы планеты. Эти столкновения, в принципе, передают нейтральным атомам достаточно энергии, чтобы они освободились от гравитационного притяжения планеты и улетели в космос.
«Это всё равно что запустить пушечное ядро в бассейн, — Шеннон Карри, главный исследователь миссии MAVEN в Университете Колорадо в Боулдере, которая руководила новым исследованием, — говорится в заявлении. — В данном случае пушечное ядро — это тяжёлые ионы, которые очень быстро врезаются в атмосферу и выбрасывают нейтральные атомы и молекулы».
Хотя давно высказывались предположения, что распыление играет ключевую роль в эволюции климата Марса, этот процесс впервые был зафиксирован непосредственно. Используя данные космического аппарата MAVEN за девять лет, Карри и ее коллеги зафиксировали современное распыление на Марсе.
Объединив данные трёх приборов MAVEN, исследователи создали подробную карту распределения аргона, благородного газа, в верхних слоях атмосферы Марса. Аргон является идеальным индикатором для такого рода атмосферных выбросов, поскольку он химически инертен, тяжел и устойчив к заряжению. Это означает, что он вряд ли будет взаимодействовать с другими атмосферными процессами, а значит, любая значительная потеря аргона служит явным индикатором распыления.
Действительно, MAVEN обнаружил самую высокую концентрацию аргона на высотах, где частицы солнечного ветра сталкиваются с марсианской атмосферой, говорится в новом исследовании. Его концентрация была намного выше, чем можно было бы ожидать при естественном перемещении под действием гравитации планеты, поэтому, согласно новому исследованию, полученные данные являются прямым доказательством того, что распыление активно поднимает и удаляет молекулы с Марса.
Этот процесс, возможно, даже стал причиной потери Марсом некогда плотной атмосферы, а вместе с ней и способности удерживать жидкую воду на поверхности, отмечается в исследовании.
Согласно новому исследованию, данные MAVEN также показали, что этот процесс происходит в четыре раза быстрее, чем предполагалось ранее. Он становится более выраженным во время солнечных бурь, что, возможно, даёт представление о том, насколько интенсивным мог быть этот процесс в ранней истории Марса, когда планета была более уязвима к солнечной энергии.
Ученые предполагают, что этот процесс был особенно интенсивным миллиарды лет назад, когда Солнце было более активным, а Марс уже утратил свое защитное магнитное поле. Без этого магнитного щита марсианская атмосфера оказалась уязвимой для всей мощи солнечного ветра, что ускорило ее разрушение и привело планету к переломному моменту, когда жидкая вода уже не могла существовать.
«Эти результаты подтверждают роль распыления в потере атмосферой Марса и в определении истории воды на Марсе», — говорится в заявлении Карри.
Чтобы полностью определить, действительно ли испарение было основным фактором долгосрочного изменения климата на Марсе, учёным придётся заглянуть на миллиарды лет в прошлое, используя модели, изотопные данные и свидетельства о древнем климате. Только тогда они смогут судить о том, затронуло ли испарение лишь края атмосферы Марса или полностью её лишило.