NASA обнаружила «солнечные пули» которые лишили Марс воды — подтверждение многолетней теории

Более десяти лет орбитальные аппараты NASA собирают данные о Марсе, и только сейчас учёным удалось впервые зафиксировать ключевой процесс, который мог стать причиной утраты планетой больших запасов воды. Вышедшее 28 мая исследование, опубликованное в журнале Science Advances, подробно описывает механизм, получивший название скуптеринг, и его роль в эволюции атмосферы Красной планеты. Эти открытия меняют представление о том, каким образом Марс превратился из потенциально обитаемой среды с реками и озёрами в текущую засушливую пустыню.

Почему вода на Марсе исчезла?

Сегодня Марс — это холодная, сухая и практически безвоздушная планета. Однако её поверхность хранит удивительные свидетельства прошлых времён — древние русла рек, озёрные дна и минералы, формирующиеся только в присутствии воды. Эти признаки указывают на существование на планете долгоживущих водоёмов, возможно даже мелких морей, существовавших миллиарды лет назад. Для того чтобы вода оставалась жидкой на поверхности, атмосфера Марса должна была быть гораздо плотнее, чтобы удерживать тепло и создавать нужное давление. Понимание того, когда и как атмосфера исчезла, важно для восстановления климатической истории планеты и оценки её потенциальной обитаемости в прошлом.

Механизмы утраты атмосферы

Учёные уже давно собирают доказательства того, что ветер солнца, постоянный поток ионизированных частиц, на протяжении эпох сдувал атмосферу Марса. Одним из ключевых механизмов этого процесса считается скуптеринг — эффект, возникающий, когда высокоэнергетичные частицы солнечного ветра сталкиваются с верхними слоями атмосферы планеты. В результате таких столкновений частицы передают энергию нейтральным атомам и молекулам, что позволяет им преодолеть гравитационные удерживающие силы и покинуть планету, отправившись в межпланетное пространство.

«Это похоже на то, как делаете «куванье» в бассейне: мяч, или в данном случае, тяжелые ионы, сталкиваются с верхней атмосферой и выбрасывают наружу нейтральные атомы и молекулы», — объясняет Shannon Curry, главный исследователь миссии MAVEN в Университете Колорадо в Боулдере, которая руководила новым исследованием.

Хотя гипотеза о роли скуптеринга в климатической эволюции Марса существовала давно, только теперь учёным удалось зафиксировать этот процесс в динамике — и непосредственно в текущий момент. Используя данные, собранные за девять лет работы орбитального аппарата MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN), исследователи смогли впервые увидеть, как при взаимодействии солнечного ветра происходит активное удаление атмосферы.

Методы и открытия MAVEN

Для этого анализа учёные объединяли данные трёх ключевых инструментов спутника MAVEN, создавая высокоточные карты распределения благородного газа — аргона — в верхних слоях атмосферы планеты. Этот газ является идеальным «следователем» атмосферных процессов, поскольку он инертен, тяжёл и практически не взаимодействует с другими компонентами атмосферы, что делает его мутацию и утрату очевидными свидетельствами процессов скуптеринга.

Исследование показало, что концентрация аргона была максимальной именно в тех слоях атмосферы, где сталкиваются ионизированные частицы солнечного ветра, а его уровень значительно превышал ожидаемый по естественной гравитационной утрате. Это означает, что активные столкновения вызывают выброс аргона и других молекул в космос, подтверждая теорию о роли скуптеринга в потере атмосферы.

Значение открытий для понимания истории Марса

Полученные данные свидетельствуют о том, что процесс скуптеринга на Море является достаточно мощным и происходит с силой в четыре раза превышающей прогнозируемую моделью. Особенно интенсивно он проходил во времена сильных солнечных бурь — именно тогда планета могла потерять ещё больше атмосферных компонентов. В течение миллионов лет это привело к значительному уменьшению плотности атмосферы, что, в свою очередь, сделало невозможным существование жидкой воды на поверхности.

Без наличия магнитного поля, которое у Марса было утеряно миллиарды лет назад, солнечный ветер имел беспрепятственный доступ к верхним слоям атмосферы, усиливая её эрозию и ускоряя переход планеты в состояние безжизненной пустыни. Именно этот фактор, считают учёные, стал ключевым в превращении Марса из потенциально обитаемой планеты в сегодняшнюю холодную и сухую пустыню.

Что дальше? Влияние солнечных бурь и будущие исследования

Дальнейшие исследования направлены на моделирование условий прошлого, чтобы понять масштаб и интенсивность скуптеринга в разные эпохи. Исследование включает анализ изотопных данных и поиск древних климатических следов в составе марсианских образцов. Эти данные помогут определить, насколько быстро происходила потеря атмосферы и когда именно Марс потерял значительную часть своих водных запасов.

Кроме того, учёные планируют уточнить картину взаимодействия солнечного ветра с атмосферой, чтобы понять, какие процессы оказали наибольшее влияние на климатические перемены планеты. Это не только расширит знания о Марсе, но и поможет в будущих миссиях по поиску следов жизни и подготовке к возможной колонизации Красной планеты.

Выводы и значение открытия

Обнаружение прямых доказательств активного скуптеринга на Марсе — это важный шаг в понимании того, каким образом исчезла вода и атмосфера планеты. Исследования показывают, что солнечный ветер и связанные с ним процессы сыграли решающую роль в этом процессе. Модельные оценки указывают, что именно благодаря скуптерингу за миллиарды лет на Марсе исчезли основные запасы воды, что сделало невозможным существование жидкой воды на поверхности.

Такие открытия позволяют пересмотреть существующие гипотезы о климата Марса, а также подчеркивают необходимость новой техники и методов для изучения процессов потери атмосферы у других планет и спутников. В будущем это может стать основой для разработки методов защиты будущих космических колоний от солнечной радиации и солнечного ветра.