SA: солнечные «пушечные ядра» могли лишить Марс воды

Фото из открытых источников

После почти десятилетия нахождения на орбите космический аппарат NASA MAVEN впервые напрямую наблюдал процесс, который, как давно подозревали ученые, стал причиной исчезновения атмосферы на Марсе.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Advances, могут помочь ответить на давний вопрос о том, как Марс превратился из потенциально пригодного для жизни мира с реками и озерами в преимущественно замерзшую пустыню, которую мы видим сегодня.

Хотя Марс сегодня сухой, холодный и практически безвоздушный, его поверхность изрезана несомненными свидетельствами более влажного прошлого. Особенности, напоминающие древние речные долины, озерные ложа и минералы, которые образуются только в присутствии воды, указывают на долгоживущие озера, возможно, даже неглубокие моря, которые текли по поверхности Марса миллиарды лет назад. Однако для сохранения жидкой воды Марсу потребовалась бы гораздо более плотная атмосфера, чтобы удерживать тепло и поддерживать более высокое поверхностное давление. Понимание того, когда и как эта атмосфера исчезла, имеет важное значение для реконструкции эволюции климата Марса и определения того, как долго планета могла оставаться пригодной для жизни.

За последнее десятилетие ученые собрали все больше доказательств того, что солнечный ветер — постоянный поток ионизированных частиц, испускаемых солнцем, — и радиация уничтожили большую часть марсианской атмосферы. Среди наиболее значимых механизмов, стоящих за этой эрозией, — процесс, называемый распылением, когда высокоэнергетические частицы солнечного ветра сталкиваются с верхними слоями атмосферы планеты. Эти столкновения, в принципе, передают достаточно энергии нейтральным атомам и помогают им освободиться от гравитационного притяжения планеты, выбрасывая их в космос.

«Это как пушечное ядро в бассейне», — говорит руководитель исследования Шеннон Карри из Университета Колорадо в Боулдере. «Пушечное ядро в данном случае — это тяжелые ионы, которые очень быстро врезаются в атмосферу и выплескивают нейтральные атомы и молекулы».

Хотя распыление давно подозревалось как ключевой фактор в эволюции климата Марса, это первый случай, когда этот процесс наблюдался напрямую. Используя данные за девять лет с космического корабля MAVEN, Карри и ее коллеги запечатлели современное распыление на Марсе.

Объединив данные трех инструментов MAVEN, исследователи создали подробную карту аргона, благородного газа, в верхней атмосфере Марса. Аргон является идеальным трассером для такого рода атмосферного выброса, поскольку он химически инертен, тяжел и устойчив к зарядке. Это делает маловероятным его взаимодействие с другими атмосферными процессами, то есть любая значительная потеря аргона служит четким трассером распыления.

Действительно, MAVEN обнаружил самые высокие концентрации аргона на высотах, где частицы солнечного ветра сталкиваются с атмосферой Марса, сообщает новое исследование. Его присутствие было намного выше, чем там, где ученые ожидали бы его естественного распространения под действием гравитации планеты, поэтому результаты дают прямые доказательства того, что распыление активно поднимает и удаляет молекулы с Марса, согласно новому исследованию.

В исследовании отмечается, что этот процесс мог даже стать движущей силой потери некогда плотной атмосферы Марса, а вместе с ней и способности планеты удерживать жидкую воду на поверхности.

Данные MAVEN также показали, что этот процесс происходит в четыре раза быстрее, чем предсказывали модели, согласно новому исследованию. Он становился более выраженным во время солнечных бурь, потенциально давая представление о том, насколько интенсивнее мог быть этот процесс в ранней истории Марса, когда планета была более уязвима для солнечной энергии.

Ученые подозревают, что этот процесс был особенно интенсивным миллиарды лет назад, когда Солнце было более активным, а Марс уже потерял свое защитное магнитное поле. Без этого магнитного щита марсианская атмосфера оставалась уязвимой для всей силы солнечного ветра, ускоряя ее эрозию и толкая планету мимо точки невозврата, когда жидкая вода больше не могла сохраняться.

«Эти результаты устанавливают роль распыления в потере атмосферы Марса и в определении истории воды на Марсе», — говорит Карри.

Чтобы полностью определить, действительно ли распыление было основным фактором долгосрочного изменения климата Марса, ученым нужно будет заглянуть на миллиарды лет в прошлое, используя модели, изотопные данные и древние климатические подсказки. Только тогда они смогут судить, касалось ли распыление лишь краев атмосферы Марса — или полностью ее оголило.