Почему на Марсе так мало жидкости?

Марс известен своей тонкой атмосферой, в которой преобладает углекислый газ, обеспечивающий большую часть атмосферной массы и давления. Фактически, давление похоже на давление в стратосфере Земли – слое атмосферы, находящемся на высоте более 30 километров над поверхностью.

Планетологи под руководством Хуана Альдая из Оксфордского университета проанализировали данные, полученные с российско-европейской миссии «ЭкзоМарс-TGO» и обнаружили, что на Марсе раньше могло быть столько же воды, сколько находится в Северном Ледовитом океане.

Исследование было опубликовано в научном журнале Nature Astronomy.

На Марсе есть вода, представленная в виде многокилометрового слоя льда на северном полюсе планеты. Она также появляется в виде сезонного инея в самое холодное время года, а в атмосфере – в виде пара и льда. Тем не менее, марсианская атмосфера чрезвычайно сухая по сравнению с земной, в ней примерно в 100 раз меньше воды. В то время как осадки на Земле образуют слои воды толщиной в несколько сантиметров, вода, выпадающая на Марсе, образует лишь тонкую пленку толщиной менее миллиметра.

Согласно новому исследованию, Марс не всегда был холодной, засушливой планетой, которую мы наблюдаем сегодня. Существует множество доказательств наличия воды на поверхности Марса в далеком прошлом – около четырех миллиардов лет назад. В то время жидкая вода текла большими потоками и застаивалась в виде луж или озер, как, например, в кратере Езеро, исследованном марсоходом Perseverance в поисках следов прошлой жизни.

Марсианская вода имеет очень специфический химический состав. Существуют различные «изотопы» воды – в полутяжелой воде HDO атом водорода может быть заменен атомом дейтерия (D). (Он вдвое тяжелее водорода, поскольку в его ядре помимо протона есть частица, называемая нейтроном, прим. ред.). Измерения, проведенные еще в 1980-х годах, показали, что относительная концентрация дейтерия в воде на Марсе в шесть раз выше, чем на Земле. Это интерпретируется как результат потери водорода, постепенно оставляющего после себя более тяжелые изотопы.

Новое исследование показывает, что фотолиз является доминирующим процессом на Красной планете: он производит основную массу атомов и диктует изотопное фракционирование атомов водорода, которые выходят из марсианской верхней атмосферы.

Анализ данных показал, что «чаще всего и молекулы обычной и тяжелой воды разрушаются в атмосфере Марса и улетучиваются в космос в тот момент, когда планета максимально сближается с Солнцем. Когда же Марс максимально удален от светила, этого не происходит».

Именно эта «потеря газа в космос» помогает объяснить нынешнюю непрочность атмосферы Марса. Эта потеря происходит очень высоко в атмосфере, выше 200 километров, где молекулы уже распались на атомы и где самые легкие из них, такие как водород, могут быть оторваны от слабой гравитации Марса. Подвергаясь воздействию энергичных частиц солнечного ветра, экзосфера Марса (верхний слой атмосферы) позволила потерять в космос эквивалент сотен современных атмосфер.

Фото: flickr.com