Ученые из Московского физико-технического института и Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка описали круговорот воды на Марсе. Построенная ими компьютерная модель объясняет, почему Марс, в отличие от Земли, потерял большую часть воды.
Миллиарды лет назад Марс был планетой, изобилующей водой. На нем имелись реки и даже океан. Но с тех пор он утратил не менее 80 % своих водных запасов. На поверхности Марса имеется лишь незначительное количество воды в виде льда, следы водяного пара присутствуют в атмосфере. В верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы воды расщепляются на водород и гидроксидную группу, и атомы водорода безвозвратно улетают в космос. Планетологов интересовало, почему процесс утраты воды стал возможен. Ведь средний слой атмосферы Марса, аналогичный тропопаузе земной атмосферы, должен стать препятствием для подъема водяных паров наверх.
Теперь российские и немецкие ученые нашли ранее неизвестный механизм, позволяющий водяному пару проникать в верхний слой атмосферы. Их модель всесторонне описывает атмосферные потоки Марса от поверхности до высоты 160 километров. Расчеты показывают, что обычно средний слой атмосферы становится проницаемым для водяного пара лишь в определенный сезон, когда в южном полушарии Марса наступает лето, что происходит примерно раз в два земных года (год на Марсе длится 686,98 земных суток). При этом благоприятные условия для подъема водяных паров даже летом существуют лишь в определенное время суток.
В северном полушарии Марса даже летом такие условия вовсе не возникают. Орбита планеты намного более вытянута, чем у Земли, поэтому в точке, ближайшей к Солнцу (что примерно совпадает с летом в южном полушарии), Марс находится на 42 млн. километров ближе к Солнцу, чем в самой дальней точке орбиты. И летом в его южном полушарии значительно теплее, чем летом в северном.
«Когда в южном полушарии наступает лето, в определенное время дня водяной пар может локально подниматься с более теплыми воздушными массами и достигать верхних слоев атмосферы», – рассказывает Пауль Хартог (Paul Hartogh). В верхних слоях атмосферы воздушные потоки переносят водяные пары к северному полюсу, где они снова охлаждаются и опускаются. Однако часть водяного пара выходит из этого цикла: под воздействием солнечного излучения молекулы воды распадаются, а водород улетает в космос.
Колоссальные пыльные бури, которые охватывают весь Марс с интервалами в несколько лет (последний раз они наблюдались в 2007 и 2018 годах), облегчают транспортировку водяного пара в верхние слои атмосферы. Исследователи подсчитали, что во время пыльной бури 2007 года в верхние слои атмосферы попало вдвое больше водяного пара, чем в обычный летний сезон в южном полушарии. Поскольку частицы пыли поглощают солнечный свет и нагреваются, температура во всей атмосфере повышается до 30 градусов. «Наша модель с беспрецедентной точностью показывает, как пыль в атмосфере влияет на микрофизические процессы, связанные с превращением льда в водяной пар», - объясняет первый автор исследования Дмитрий Шапошников из МФТИ.
Итоги работы опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
