AQUÆ
Изображение по умолчанию
Планета

Почему на Марсе (почти) нет воды?

Время чтения: 6 минут

 

Франк Монтмессен, Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ) - Université Paris-Saclay

Марс известен своей прекрасной атмосферой, где CO2 доминирует и обеспечивает большую часть атмосферной массы и давления, последнее сравнимо с тем, что обнаруживается в стратосфере Земли на высоте более 30 километров над поверхностью.

А как насчет воды? Вода на Марсе в настоящее время наблюдается на поверхности в виде слоя льда на Северном полюсе толщиной в несколько километров, в виде сезонных морозов в более холодное время года и в атмосфере в виде пара и льда в облаках. Тем не менее, атмосфера Марса чрезвычайно сухая по сравнению с Землей: соответственно, в атмосфере Марса содержится в 100 раз меньше воды, чем в атмосфере Земли. В то время как осадки на Земле приводят к образованию водяных пленок в несколько сантиметров, вода, которая выпадет на Марс, образует только тонкую пленку менее миллиметра.

De новые данные позволяют нам лучше понять, почему (почти) нет воды на Марсе, хотя в прошлом ее, должно быть, было в изобилии.

Вода ускользает из марсианской атмосферы

Потому что все указывает на то, что Марс не всегда был холодной и засушливой планетой, которую мы знаем сегодня. Марс демонстрирует множество свидетельств на своей поверхности далекого прошлого - около четырех миллиардов лет назад, когда жидкая вода циркулировала во время великих наводнений и застаивалась в виде бассейнов или озер, как, например, в кратере Джезеро, когда марсоход Perseverance исследует следы прошлая жизнь.

Чтобы жидкая вода циркулировала столько же и оставалась на поверхности достаточно долго, чтобы оставить все эти отпечатки, необходимо вызвать климат, радикально отличный от того, который мы наблюдаем сегодня. Марс, Земля и Венера, возможно, образовались из одних и тех же основных материалов, а это значит, что они должны были иметь большое сходство в самом начале своей истории. Но в то время как Земля и Венера сохранили большую часть своей плотной атмосферы, Марс из-за своего небольшого размера и низкой гравитации не смог сохранить свою атмосферу с течением времени.

Это действительно "Теория эвакуации" что объясняет нынешнюю тонкость атмосферы Марса. Этот побег происходит очень высоко в атмосфере, на высоте более 200 километров, где молекулы уже диссоциировали на атомы и где более легкие, такие как водород, могут оторваться от слабой гравитации Марса. Эта «экзосфера» Марса, подверженная воздействию энергичных частиц солнечного ветра, также является его «ахиллесовой пятой», потому что со временем она позволила потерять в космосе эквивалент сотен нынешних атмосфер.

Новые данные

Новые данные, полученные от Миссия Trace Gas Orbiter от ЕКА (Европейское космическое агентство) и опубликовано сегодня в журнале Nature Astronomyпришли, чтобы рассказать нам о тонких механизмах, которые управляют утечкой воды.

Об этом побеге знали все, особенно потому, что марсианская вода имеет уникальный состав. Действительно, изотопы воды, в частности «полутяжелая» вода HDO, где атом водорода (H) заменен на атом дейтерия (D), вдвое более тяжелый, который измерялся на Марсе с 80-х годов, обнаруживает относительную концентрация дейтерия на Марсе в 6 раз больше, чем на Земле. Это относительное обогащение интерпретируется именно как результат утечки водорода, который постепенно оставляет самые тяжелые изотопы, в данном случае D и HDO, что объясняет коэффициент обогащения, равный 6.

По экстраполяции, первоначальное количество воды на Марсе должно было быть по крайней мере в 6 раз больше, чем сейчас, или эквивалент жидкого слоя в сто метров, покрывающего планету. Это показывает, как соотношение HDO / H20 имеет решающее значение для проецирования на юность Марса и проливает свет на гипотезу о существовании жаркого и влажного климата в прошлом до того, как он стал обитаемым.

Эти результаты орбитального аппарата Trace Gas Orbiter позволяют нам лучше понять условия, при которых вода и полутяжелая вода, присутствующие в нижних слоях атмосферы, переносятся в самые верхние слои атмосферы, а затем превращаются в атомы, способные улетучиваться. Действительно, мы давно задавались вопросом, в какой степени промежуточные процессы могут изменить способ доступа водорода и дейтерия из воды к экзосфере. В течение 20 лет две теории предполагали, что водород и дейтерий не могут достичь экзосферы в пропорциях, которые они имеют в молекулах воды нижних слоев атмосферы. Эти промежуточные процессы представляют собой, с одной стороны, конденсацию, которая формирует облака марсианского водяного льда, и, с другой стороны, фотолиз, который разрушает молекулу воды и высвобождает атом водорода или дейтерия под действием УФ-лучей.

Известно, что конденсация и фотолиз, изучаемые в лаборатории на протяжении десятилетий, особым образом влияют на воду и ее изотопы: это называется «изотопное фракционирование». Также благодаря нашему пониманию изотопного фракционирования можно проследить прошлый климатический ход Земли, просверлив ледяные керны на полюсах, где концентрация HDO показывает более или менее холодный климат, который преобладал. конденсируется в лед. Это дисциплина где французское сообщество выделяется, что позволило начать исследовательские работы в марсианском контексте во французских лабораториях.

На Марсе фракционирование путем фотолиза работает противоположно фракционированию путем конденсации. Прежде всего, они не работают одновременно в потоке воды - этот последний пункт имеет большое влияние на судьбу атомов водорода и дейтерия. Фактически, конденсация водяного пара имеет тенденцию концентрировать HDO в образовавшемся льду и, таким образом, де-факто де-факто истощает пар до HDO. Фотолиз, в свою очередь, способствует высвобождению дейтерия, присутствующего в молекуле HDO. Долгое время считалось, что изотопное фракционирование путем конденсации, которое делает пар беднее дейтерием, преобладает над фотолизом и заставляет долю дейтерия в экзосфере быть ниже, чем в воде в нижних слоях атмосферы.

Что это'недавнее исследование показывает, что конденсация на самом деле играет второстепенную роль в доле дейтерия в экзосфере. Благодаря инструменту Atmospheric Chemistry Suite орбитального аппарата Trace Gas Orbiter и его одновременным измерениям H20 и HDO, мы смогли показать, откуда берутся атомы водорода и дейтерия, на высоте и в период марсианского года, когда конденсация не может препятствовать фотолизу.

Это действительно фотолиз, который производит большинство атомов и диктует изотопное фракционирование атомов водорода, которые покидают верхние слои марсианской атмосферы.

Следующий пункт назначения: понимание пути воды от поверхности к верхним слоям атмосферы.

Этот вопрос о нашем понимании процессов, которые приводят к утечке воды, представляет собой важную веху в попытках проследить историю воды на Марсе. Только спутник Trace Gas Orbiter способен выявить совместные концентрации H20 и HDO. Но один еще один спутник, на этот раз от НАСА, MAVEN, может наблюдать и характеризовать популяции водорода и дейтерия в экзосфере.

Основное направление исследований возникает из сочетания этих двух миссий, и теперь можно рассмотреть возможность описания полного движения воды из нижних слоев атмосферы в самые верхние слои атмосферы, где составляющие атомы уходят в космос. Только детальное понимание этого маршрута позволит сообществу разработать надежные сценарии истории воды за последние миллиарды лет и, таким образом, возможность подтверждения прошлой обитаемости Марса, где могла возникнуть жизнь.Беседа

Франк Монтмессен, Директор по исследованиям CNRS в лаборатории атмосферы, окружающей среды, космических наблюдений (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ) - Université Paris-Saclay

Эта статья переиздана с Беседа под лицензией Creative Commons. Прочитайтеоригинальная статья.

© На изображении: северная полярная шапка Марса, сделанная миссией NASA Mars Reconnaissance Orbiter. NASA / JPL-Caltech / MSSS

Читайте также ...

Прогноз, климат, управление рисками… Смертельные наводнения в Германии и Бельгии в семи вопросах

Альбан Деруэ

Зубы моря, фильм, убивший защитников акул

КОМАНДА AQUAE

Антарктическая «вилка» готова прыгнуть под воздействием изменения климата

Оставьте комментарий

Этот сайт использует Akismet для уменьшения нежелательности. Узнайте больше о том, как используются ваши комментарии.

Переведите "
X