Преди около 4 милиарда години Марс изглеждаше много по-различно от днес. Като начало атмосферата му беше по-гъста и по-топла, а по повърхността му течеше течна вода. Това включваше реки, стоящи езера и дори дълбок океан, който покриваше голяма част от северното полукълбо. Доказателства за това топло, водно минало са запазени по цялата планета под формата на езерни корита, речни долини и речни делти.
От известно време учените се опитват да отговорят на прост въпрос: къде е отишла цялата тази вода? Избяга ли в космоса, след като Марс загуби атмосферата си, или се е оттеглил някъде? Според ново изследване от Калтех и Лабораторията за реактивно движение на НАСА (JPL), между 30% и 90% от водата на Марс е преминала под земята. Тези открития противоречат на широко приетата теория, че Марс е загубил водата си в космоса в продължение на еони.
Изследването е водено от д-р Ева Шелер. кандидат в Калифорнийски технологичен институт (Caltech). Към нея се присъедини и проф. от Калтех Бетани Елман, която е и асоцииран директор на Институт за космически изследвания Кек ; Caltech проф. Юк Юнг, старши изследовател в НАСА JPL; Завършила студентка от Калтех Даника Адамс; и изследовател на JPL Реню Ху.
Впечатлението на художника от течаща вода на Марс. Кредит: Кевин М. Гил
През последните две десетилетия НАСА и други космически агенции изпратиха над дузина роботизирани изследователи на Червената планета, за да характеризират нейната геология, климат, повърхност, атмосфера и еволюция. В процеса те научили, че някога Марс е имал достатъчно вода на повърхността си, за да покрие цялата планета в океан между 100 и 1500 метра (330 до 4920 фута) в дълбочина - обем, равен на половината от Атлантическия океан.
Преди 3 милиарда години повърхностните води на Марс са изчезнали и пейзажът е станал такъв, какъвто е днес (смразяващ студ и изсъхнал). Като се има предвид колко вода някога е текла там, учените се чудеха как е могла да изчезне толкова напълно. Доскоро учените теоретизираха, че атмосферното бягство е ключът, при който водата се отделя химически и след това се губи в космоса.
Този процес е известен като фотодисоциация, при която излагането на слънчева радиация разгражда водните молекули до водород и кислород. В този момент, според теорията, ниската гравитация на Марс позволява той да бъде отстранен от атмосферата от слънчевия вятър. Въпреки че този механизъм със сигурност е изиграл роля, учените са стигнали до заключението, че той не може да обясни по-голямата част от загубената вода на Марс.
Концепцията на художника, изобразяваща ранната марсианска среда (вдясно) срещу студената и суха среда, наблюдавана на Марс днес (вляво). Кредит на изображението: Центърът за космически полети Годард на НАСА
В името на своето проучване екипът анализира данни от марсиански метеорити, марсоход и орбитални мисии, за да определи как се променя съотношението на деутерий към водород (D/H) с течение на времето. Те също така анализираха състава на атмосферата и кората на Марс днес, което им позволи да поставят ограничения за това колко вода е съществувала на Марс с течение на времето.
Деутерият (известен още като „тежка вода”) е стабилен изотоп на водорода, който има както протон, така и неутрон в ядрото си, докато нормалният водород (протий) се състои от един протон, обикалящ в орбита от един електрон. Този по-тежък изотоп представлява малка част от водорода в известната Вселена (около 0,02%) и му е по-трудно да се освободи от гравитацията на планетата и да избяга в космоса.
Поради това загубата на вода на планетата в космоса ще остави издайнически подпис в атмосферата под формата на по-голямо от нормалното ниво на деутерий. Това обаче е несъвместимо с наблюдаваното съотношение на деутерий към протий в атмосферата на Марс, поради което Шелър и нейните колеги предполагат, че голяма част от водата е била абсорбирана от минерали в кората на планетата. Както Елман обясни в скорошно издание на Caltech съобщение за новини :
„Атмосферното бягство очевидно е имало роля в загубата на вода, но констатациите от последното десетилетие на мисиите на Марс сочат факта, че е съществувал този огромен резервоар от древни хидратирани минерали, чието образуване със сигурност намалява наличността на вода с течение на времето.
Кратерът Jezero на Марс е мястото за кацане на марсохода Mars 2020 на НАСА. Кредит на изображението: NASA/JPL-Caltech/ASU
На Земята течащата вода изветрява скалите, за да образува глини и водни минерали, които съдържат вода като част от минералната си структура. Тъй като Земята е тектонически активна, хидратираните минерали се въртят безкрайно между мантията и атмосферата (чрез вулканизъм). Глини и хидратирани минерали също са открити на Марс, което е индикация, че някога там е текла вода.
Но тъй като Марс е тектонически неактивен (в по-голямата си част), повърхностните му води са били изолирани рано и никога не са се върнали обратно. По този начин чертите, които показват наличието на вода в миналото, са запазени чрез постоянното изсъхване на повърхността. Междувременно значителна част от тази вода се запазва, като се абсорбира под повърхността.
Това изследване не само разглежда въпроса как водата на Марс е изчезнала преди милиарди години. Това може да бъде и добра новина за бъдещи мисии с екипаж до Марс, които ще зависят от местно добит лед и вода. Преди това съавторите Ehlmann, Huh и Yung си сътрудничиха в изследването на това проследи историята на въглерода на Марс – тъй като въглеродният диоксид е основната съставка на марсианската атмосфера.
В бъдеще екипът планира да продължи да анализира данните за изотопния и минералния състав, за да определи какво се е случило с минералите, съдържащи азот и сяра на Марс. Освен това Шелер планира да разшири изследванията си за това какво се е случило с водата на Марс чрез провеждане на лабораторни експерименти, които симулират процеси на изветряне на Марс и чрез наблюдения на древната кора в кратера Джезеро (където Постоянство в момента проучва).
Впечатлението на художника от марсохода Perseverance на Марс. Кредит: NASA/JPL-Caltech
Шелер и Елман също трябва да помагат в операциите наПостоянствороувър, когато му дойде време да събира скални и сондажни проби. Те ще бъдат върнати на Земята чрез последваща мисия на NASA-ESA, където изследователите ще могат да ги изследват. За Шелер, Елман и техните колеги това ще им позволи да тестват своите теории за изменението на климата на Марс и какво го движи.
Проучването, което описва техните открития, наскоро се появи в списаниетонаука, озаглавен „ Дългосрочно изсушаване на Марс, причинено от секвестиране на обеми вода в океански мащаб в земната кора ”, и беше представен на 16 марттипо време на Конференция за лунни и планетарни науки (LPSC). Поради ограниченията на COVID тазгодишната конференция беше виртуална и се проведе от 15 марттидо 19ти.
Изследването стана възможно с подкрепата, предоставена от Обитаеми светове на НАСА награда, а Стипендия на НАСА за Земята и Космоса (NESSF) награда, и a Бъдещ изследовател на НАСА в науката и технологиите на НАСА за Земята и Космоса (FINESST) награда.
Допълнителна информация: Caltech , Автори от Caltech
