Когда-то Марс был очень влажной планетой, о чем свидетельствуют многочисленные следы на его поверхности. Ученые знают, что за последние 3 млрд лет часть воды ушла глубоко под землю, но что случилось с остальной? Теперь космический телескоп Hubble и миссия MAVEN помогли раскрыть эту тайну.
«Вода может уйти только в два места. Она может или замерзнуть в грунте, либо молекула воды может распасться на атомы, и эти атомы улетят из верхней части атмосферы в космос», — объясняет руководитель исследования Джон Кларк из Центра космической физики Бостонского университета в Массачусетсе. «Чтобы понять, сколько воды там было и что с ней произошло, нам нужно понять, как атомы уходят в космос».
Кларк и его команда объединили данные с телескопа Hubble и изучающего Марс аппарата MAVEN, чтобы измерить количество и текущую скорость утечки атомов водорода в космос. Эта информация позволила им экстраполировать скорость утечки в прошлое, чтобы понять историю воды на красной планете.
Убегающий водород и дейтерий
Ключом к истории воды на Марсе является дейтерий — изотоп водорода, ядро которого содержит нейтрон. За счет вдвое большей массы, нежели обычный водород, он уходит в космос гораздо медленнее.
По мере потери Марсом воды, соотношение дейтерия и водорода в его атмосфере постепенно увеличивалось. Измерение этого соотношения дает ученым возможность оценить, сколько воды было на Марсе в теплый и влажный период. А изучение того, как эти атомы улетучиваются в настоящее время, позволяет лучше понять процессы, определявшие скорость улетучивания в течение последних четырех миллиардов лет, и тем самым экстраполировать их в прошлое.
Большая часть данных исследования была получена с космического аппарата MAVEN, он недостаточно чувствителен, чтобы наблюдать эмиссию дейтерия во все времена марсианского года. Дело в том, что в отличие от Земли, орбита Марса более вытянутая. Когда Красная планета проходит апогей своей орбиты, выбросы дейтерия становятся слабыми. Поэтому ученые воспользовались данными Hubble, чтобы заполнить пробелы и рассчитать цикл для трех марсианских лет.
Динамичная марсианская атмосфера
Анализ показал, что атмосфера Марса намного динамичнее и турбулентнее, чем считалось раньше. Она нагревается и остывает в короткие промежутки времени, которые могут измеряться часами. Также атмосфера расширяется и сжимается по мере того, как яркость Солнца на Марсе меняется на 40% в течение местного года.
Ученые обнаружили, что последний фактор является ключевым. Скорость утечки водорода и дейтерия быстро меняются, когда Марс приближается к Солнцу. В классической картине, которую ученые имели ранее, считалось, что эти атомы медленно поднимаются через атмосферу на высоту, с которой они могут улететь. Но на самом деле, когда Марс проходит перигелий, молекулы воды, которые являются источником водорода и дейтерия, очень быстро поднимаются, высвобождая атомы на больших высотах.
По словам исследователей, это важная находка. Изучение истории воды на Марсе имеет фундаментальное значение не только для понимания планет в нашей Солнечной системе, но и для эволюции миров в других звездных системах.
Ранее мы рассказывали о том, как полярные шапки Марса позволили ученым узнать о его прошлых изменениях климата.
По материалам Phys.org
