Nature: Марс мог быть обречен стать пустыней

Фото из открытых источников

Одна из величайших нерешенных проблем современной планетологии написана на поверхности Марса. На Марсе есть каньоны, прорезанные реками, так что когда-то там было достаточно тепло для жидкой воды. Как — и почему — сегодня это стало бесплодной пустыней?

Исследование, проведенное под руководством планетолога из Чикагского университета Эдвина Кайта, предлагает новое объяснение того, почему Марс никогда не остается мягким надолго. Опубликованная в журнале Nature, их модель предполагает, что периоды жидкой воды, которые мы видим в прошлом, были инициированы усилением яркости Солнца, и что условия на Марсе означают, что со временем он становится пустынным — в отличие от Земли, которая с течением времени остается пригодной для жизни.

Исследование основано на результатах миссии Curiosity, проведенной Марсианской научной лабораторией НАСА в апреле: марсоход наконец обнаружил породы, богатые карбонатными минералами, которые могут объяснить, куда делась атмосфера Марса.

«В течение многих лет у нас был этот огромный вопрос без ответа: почему Земля смогла сохранить свою пригодность для жизни, в то время как Марс ее утратил», — сказал Кайт, участвующий в миссии Curiosity. «Наши модели предполагают, что периоды обитаемости на Марсе были скорее исключением, чем правилом, и что Марс в целом саморегулируется как пустынная планета».

Марс почти такой же, как Земля — это каменистая планета с большим количеством углерода и воды, достаточно близкая к Солнцу, чтобы согреваться им, но не готовиться им, — и все же сегодня это замерзшая пустыня, в то время как Земля кишит жизнью. Ученые годами ищут ответ на вопрос, почему вы читаете это с Земли, а не с Марса.

Загадка стала еще глубже, когда мы смогли увидеть на поверхности Марса долины, прорезанные реками, и старые озерные ложа, доказавшие, что в какой-то момент на планете действительно был климат, достаточно теплый для существования жидкой воды.

«К счастью, Марс сохранил следы той экологической катастрофы в породах на своей поверхности», — сказал Кайт. «И сегодня мы находимся в золотом веке марсианской науки, с двумя марсоходами на плутонии на поверхности и международным флотом космических аппаратов на орбите, которые позволяют нам глубоко исследовать планету в поисках этих следов».

Когда речь идет о сохранении благоприятных и мягких условий на планете, недостаточно просто начать с этого — должны существовать механизмы, обеспечивающие стабильность с течением времени, которые могут реагировать на изменения на планете и вокруг нее.

Ученые полагают, что Земля делает это посредством тонко сбалансированной системы, которая перемещает углерод с неба на скалы и обратно. Углекислый газ в атмосфере нагревает планету, но более высокие температуры также ускоряют реакции, которые запирают углекислый газ в скалах, что в конечном итоге противодействует повышению температуры. В конечном итоге углерод просачивается обратно в атмосферу через извержения вулканов. На протяжении миллионов лет этот цикл, по-видимому, поддерживал Землю относительно стабильной и гостеприимной для жизни.

Исследователи предположили, что на Марсе также может иметь место аналогичный цикл, но самоограничивающийся.

Это зависит от того, что яркость нашего Солнца растет очень, очень медленно с течением времени — примерно на 8 процентов за миллиард лет. Ученые предполагают, что по мере того, как Солнце становится ярче, на Марсе начинает течь жидкая вода. Но затем эта вода начинает запирать углекислый газ в скалах, как это происходит на Земле, что возвращает планету к холодной и бесплодной пустыне.

«В отличие от Земли, где постоянно извергаются вулканы, Марс сейчас находится в состоянии вулканического покоя, и средняя скорость вулканического выделения газов на Марсе низкая», — объяснил Кайт. «Так что в этой ситуации у вас на самом деле нет баланса между поступлением и оттоком углекислого газа, потому что если у вас есть хотя бы немного жидкой воды, вы будете вытягивать углекислый газ через образование карбоната».

Группа построила обширные модели, показывающие, как могут происходить эти колебания. Они предполагают, что Марс переживает короткие периоды жидкой воды, за которыми следуют периоды пустыни продолжительностью 100 миллионов лет. Излишне говорить, что разрыв в обитаемости продолжительностью 100 миллионов лет плох для жизни.

Объяснение стало возможным благодаря открытию Curiosity, о котором было объявлено ранее в этом году, богатых карбонатом пород на поверхности Марса. Это было недостающей частью головоломки в течение многих лет, объяснили ученые.

Чтобы иметь жидкую воду, Марс должен был иметь более плотную атмосферу, состоящую из парникового газа, такого как углекислый газ. Но сегодня там очень мало атмосферы, что оставляет загадку, куда делся углерод.

«Люди годами искали могилу для атмосферы», — сказал Кайт.

Самым простым объяснением было бы то, что он погрузился в скалы, как это происходит на Земле, но первые испытания марсохода не выявили никаких свидетельств наличия богатых карбонатом пород.

Потребовалось путешествие Curiosity на марсианскую гору под названием Маунт-Шарп, чтобы наконец найти эти карбонатные породы. По мере продолжения исследования дальнейшие тесты покажут, так ли распространен карбонат, как предполагают исследователи.

«Это действительно то, что вы не можете знать, пока на поверхности не окажется марсоход», — сказал соавтор исследования Бенджамин Тутоло, профессор Калгарийского университета. «Химические и минералогические измерения, которые они предоставляют, действительно необходимы в наших постоянных поисках понимания того, как и почему планеты остаются пригодными для жизни, чтобы искать другие гостеприимные миры во Вселенной».