Ученые выяснили, что пылевые бури уносят марсианскую воду в космос

0
662 views
Потеря воды на Марсе
На иллюстрации показано, как обычно на Марсе теряется вода по сравнению с региональными или глобальными пыльными бурями.

Ученые, используя инструмент на борту космического корабля NASA Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN, или MAVEN, обнаружили, что водяной пар у поверхности Красной планеты поднимается в атмосферу выше, чем думали раньше. Там он легко разрушается электрически заряженными частицами газа – или ионами – и теряется в космосе.

Исследователи заявили, что обнаруженное ими явление – одно из нескольких, из-за которых Марс за миллиарды лет потерял эквивалент глобального океана воды глубиной до сотен метров. Сообщая о своем открытии 13 ноября в журнале Science, исследователи заявили, что Марс продолжает терять воду сегодня, поскольку пар переносится на большие высоты после сублимации из замороженных полярных шапок в более теплое время года.

Сезонный рост воды в атмосфере Марса
Как количество воды в атмосфере Марса меняется в зависимости от сезона. Во время глобальных и региональных пыльных бурь, которые случаются южной весной и летом, количество воды резко возрастает.

«Мы все были удивлены, обнаружив, что вода находится так высоко в атмосфере, – сказал Шейн У. Стоун, докторант кафедры планетологии в Лаборатории Луны и планет Аризонского университета в Тусоне. – Измерения, которые мы использовали, могли быть получены только от MAVEN, поскольку он парит в атмосфере Марса, высоко над поверхностью планеты».

Чтобы сделать свое открытие, Стоун и его коллеги опирались на данные масс-спектрометра нейтрального газа и ионов (NGIMS) MAVEN, который был разработан в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Масс-спектрометр вдыхает воздух и разделяет ионы, составляющие его, по их массе, именно так ученые их идентифицируют.

Стоун и его команда отслеживали обилие ионов воды высоко над Марсом более двух марсианских лет. При этом они определили, что количество водяного пара в верхней части атмосферы на высоте около 150 километров над поверхностью является самым высоким летом в южном полушарии. В это время планета находится ближе всего к Солнцу и, следовательно, теплее, и более вероятны пылевые бури.

Теплые летние температуры и сильные ветры, связанные с пыльными бурями, помогают водяному пару достигать самых верхних частей атмосферы, где он может легко расщепляться на составляющие кислород и водород. Затем водород и кислород уходят в космос. Раньше ученые думали, что водяной пар захватывался близко к поверхности Марса, как и на Земле.

«Все, что составляет верхнюю часть атмосферы, разрушается на Марсе или на Земле, – заметил Стоун, – потому что это та часть атмосферы, которая подвергается воздействию всей силы Солнца».

Потеря воды на Марсе
На иллюстрации показано, как обычно на Марсе теряется вода по сравнению с региональными или глобальными пыльными бурями.

Исследователи измерили в 20 раз больше воды, чем обычно, за два дня в июне 2018 года, когда на Марс обрушилась сильная глобальная пыльная буря (та, которая вывела из строя марсоход НАСА Opportunity). Стоун и его коллеги подсчитали, что во время этого шторма Марс потерял столько же воды за 45 дней, сколько обычно происходит за весь марсианский год, который длится два земных года.

«Мы показали, что пыльные бури прерывают круговорот воды на Марсе и выталкивают молекулы воды выше в атмосферу, где химические реакции могут высвобождать их атомы водорода, которые затем теряются в космосе», – заявил Пол Махаффи, директор отдела исследования Солнечной системы в Годдарде и главный исследователь NGIMS.

Другие ученые также обнаружили, что марсианские пылевые бури могут поднимать водяной пар далеко над поверхностью. Но до сих пор никто не догадывался, что вода добирается до верхних слоев атмосферы. В этой области атмосферы много ионов, которые могут разрушать молекулы воды в 10 раз быстрее, чем они разрушаются на более низких уровнях.

«Уникальность этого открытия заключается в том, что оно предоставляет нам новый путь, который, как мы думали, не существовал, для выхода воды из марсианской среды», – добавил Мехди Бенна, ученый-планетолог Годдарда и один из исследователей прибора NGIMS MAVEN. – Это в корне изменит наши оценки того, как быстро вода уходит сегодня и как быстро она уходила в прошлом».