Сегодня атмосфера Марса примерно в сто раз разреженнее земной у поверхности. Она состоит главным образом из углекислого газа, но его слишком мало, чтобы удерживать достаточно тепла и поддерживать открытую жидкую воду. Между тем высохшие русла, дельты и минералы показывают: миллиарды лет назад вода долго текла по марсианской поверхности. Значит, климат и атмосфера были другими.
Возникает естественный вопрос: куда делся воздух? Часть углекислого газа связалась с породами или замерзла в полярных отложениях. Часть воды ушла в грунт и лед. Но исследования указывают, чтозначительная доля древней атмосферы была потеряна в космос.
У атмосферы было несколько путей потери и хранения:
- уход частиц в космос;
- связывание углекислого газа с породами;
- замерзание воды и газа в грунте и полярных областях.
2. Почему Земля удержала воздух, а Марс нет?
Марс меньше Земли и обладает более слабой гравитацией. Легким атомам проще набрать скорость, достаточную для ухода в космос. Однако одной малой массы недостаточно: важнейшую роль сыграли Солнце и исчезновение глобального магнитного поля.
В молодости у Марса, вероятно, работало внутреннее динамо: движение проводящего расплава в ядре создавало общее магнитное поле. Затем недра остыли, динамо ослабло, и примерно четыре миллиарда лет назад планета лишилась глобальной магнитной защиты. В коре остались намагниченные участки, но они не образуют сплошного щита.
Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц. Когда он взаимодействует с верхней атмосферой Марса, атомы и молекулы могут ионизироваться, ускоряться электрическими и магнитными полями и уходить в космос. При другом процессе быстрые ионы сталкиваются с нейтральными частицами и буквально выбивают их наружу. Это называют распылением, или sputtering.
3. Что обнаружил аппарат MAVEN?
Орбитальная миссия MAVEN с 2014 года измеряла верхнюю атмосферу и ее взаимодействие с Солнцем. Ученые сравнивали изотопы аргона: легкий изотоп легче уходит в космос, а тяжелый чаще остается. Современная атмосфера оказалась обогащена тяжелым аргоном. По этим данным оценили, что Марс потерял около 65 процентов атмосферного аргона.
Аргон химически почти не связывается с породами, поэтому служит удобным указателем именно физической утечки. Результаты помогли оценить потерю других газов, включая углекислый. MAVEN также показал, что солнечные бури усиливают уход частиц. А молодое Солнце было активнее нынешнего, поэтому в далеком прошлом разрушение атмосферы шло быстрее.
Это не означает, что магнитное поле работает как герметичная крышка, а без него любая атмосфера обречена. Венера не имеет земной магнитосферы, но сохраняет очень плотный воздух благодаря большей массе, составу атмосферы и иной истории. Судьба планеты определяется сочетанием гравитации, температуры верхних слоев, солнечного излучения, запасов газов и геологической активности.
4. Исчезла ли атмосфера окончательно?
Она продолжает существовать и меняться по сезонам. Углекислый газ замерзает на зимнем полюсе и возвращается в воздух летом. Вулканы в прошлом пополняли атмосферу, а сегодня газ обменивается с грунтом и полярными шапками. Потеря в космос продолжается, но нынешний Марс уже не теряет воздух с той же скоростью, что при молодом активном Солнце.
Марс стал пустыней не за один день и не по одной причине. Остывание недр ослабило магнитное поле, солнечный ветер уносил газ, вода замерзала или уходила в породы, а климат постепенно становился холоднее и суше.
Так древние реки превратились в геологические следы, а плотная атмосфера — в тонкую оболочку. История Марса важна не только сама по себе. Она показывает, что обитаемость планеты зависит от долгой связи между недрами, воздухом, водой и звездой.
