Необычная пыльная буря раскрыла путь исчезновения воды с Марса
Сегодняшний образ Марса как засушливой и безжизненной пустыни резко контрастирует со следами былого благополучия, которыми изобилует его поверхность. Русла рек, минералы, измененные водой, и другие геологические следы указывают на то, что в далеком прошлом Красная планета была гораздо более влажным и гостеприимным миром. Изучение, как и почему наш сосед лишился воды, остается одной из главных задач планетологии. Хотя ученым известны несколько процессов, объясняющих часть этих потерь, судьба основной массы марсианской воды все еще не вполне ясна.
К разгадке нас приближает новое исследование в журнале Communications Earth & Environment. Его авторы впервые показали, что сильная локальная пыльная буря, явление сравнительно нетипичное, способна вызвать подъем воды в верхние слои атмосферы Марса, когда на севере этой планеты стоит лето — в сезон, для которого эти процессы ранее не считались значимыми.
«Это исследование показывает влияние подобных бурь на климатическую эволюцию планеты и открывает новый путь потерь воды Марсом со временем», — говорит Адриан Бринес из Астрофизического института Андалусии, один из ведущих авторов работы.
Утечка водорода
Один из параметров для оценки масштабов потери марсианской воды — оценка количества водорода, ускользнувшего в космос, поскольку он образуется в результате разрушения молекул воды в атмосфере. Измерения показывают, что за миллиарды лет планета утратила огромное количество воды — достаточное, чтобы покрыть большую часть ее поверхности слоем толщиной в сотни метров.
Из-за схожего наклона оси вращения на Марсе, как и на Земле, четыре времени года, объясняет Франк Дарден из Бельгийского королевского института космической аэрономии, еще один ведущий автор.
«Однако его орбита более вытянутая, поэтому в течение части своего года планета находится ближе к Солнцу и получает больше энергии. Это означает, что лето в Южном полушарии гораздо теплее и динамичнее, чем в Северном. Как следствие, атмосфера во время южного лета насыщается пылью и нагревается, что позволяет водяному пару подниматься на очень большие высоты», — рассказывает он.
Там солнечная радиация расщепляет его и позволяет водороду улетучиться в космос. Во время северного лета потери вода гораздо меньше.
Неожиданное явление
Аномальный рост концентрации водяного пара в средней атмосфере отмечен летом 37 марсианского года (2022–2023 по земному календарю) в Северном полушарии. «Это усиление было вызвано аномальной, локальной пылевой бурей», — уточняет Сехэй Аоки из Токийского университета.
Открытие основано на данных прибора NOMAD орбитального аппарата ExoMars Trace Gas Orbiter в сочетании с наблюдениями других действующих миссий на марсианской орбите, таких как Mars Reconnaissance Orbiter и Emirates Mars Mission.
«Благодаря постоянному и систематическому мониторингу и подходящим вычислительным инструментам для подобных атмосферных исследований, мы смогли изучить не только вертикальное распределение водяного пара, но и распределение пыли в атмосфере, формирование водяных ледяных облаков и утечку водорода в космос», — подчеркивает Бринес.
Нетипичная пылевая буря вызвала внезапный и интенсивный выброс водяного пара, который достиг высот до 60–80 километров, особенно в высоких широтах Северного полушария — там количество воды оказалось в 10 раз больше обычного.
«Этот феномен не наблюдался в предыдущие марсианские годы и не предсказывается современными климатическими моделями», — добавляет Дарден.
Избыток водяного пара не был локализованным — он обнаружен одновременно на всех долготах, что указывает на быстрое распределение воды вокруг планеты. Спустя несколько недель количество пыли в атмосфере вернулось к нормальным уровням, и, как следствие, водяной пар вновь оказался заперт в нижних слоях.
Вскоре после этого резко выросло количество водорода в экзосфере — области, где атмосфера переходит в космическое пространство. В результате утечка водорода в космос увеличилась приблизительно в 2,5 раза по сравнению с тем же сезоном предыдущих лет.
Этот эпизод был кратковременным и не таким интенсивным, как основные события потери водорода, связанные с южным летом и глобальными пылевыми бурями — однако он показал еще один немаловажный путь утечки воды с Марса, заключил Бринес.
