Новые исследования потерь марсианской атмосферы

Согласно новым наблюдениям учёных, ключевой индикатор, используемый для оценки атмосферных потерь Марса, может изменяться в зависимости от времени суток и температуры поверхности на Красной планете.
Предыдущие измерения этого индикатора - изотопов кислорода - значительно разошлись. Точное его измерение важно для оценки того, насколько плотную атмосферу ранее имел Марс, мог ли он быть обитаемым, и каковы были условия на его поверхности.

Сегодня Марс - холодная и негостеприимная пустыня, но такие особенности, как сухие русла рек и минералы, которые образуются только при наличии жидкой воды, указывают на то, что давным-давно он имел плотную атмосферу, в которой сохранялось достаточно тепла, чтобы жидкая вода - необходимый жизненный ингредиент - текла по его поверхности.
Похоже, что за миллиарды лет Марс потерял большую часть своей атмосферы, что превратило его климат из благоприятного для развития жизни в высушенную и замороженную среду, которую мы наблюдаем сегодня, согласно результатам миссий MAVEN, Кьюриосити и других аппаратов, начиная от миссии Викингов 1976 года.

Многие тайны о древней атмосфере Красной планеты ещё предстоит разгадать.
"Мы знаем, что в древности на Марсе была более плотная атмосфера и что ранее там текла вода. Но мы не можем как следует оценить, какими были условия на Марсе в древности и то, насколько и как долго марсианская среда была подобна условиям на Земле", - объясняет Тимоти Ливенгуд из Центра космических полётов им. Годдарда.
Ливенгуд является ведущим автором статьи об этом исследовании, опубликованной в августе и доступной онлайн в журнале Icarus.

Одним из способов оценить, насколько плотной была изначальная атмосфера Марса, является измерение количества изотопов кислорода.
Изотопы - это разновидности одного элемента с различной массой, что обусловлено количеством нейтронов в атомном ядре. Более лёгкие изотопы улетают в космос быстрее, чем более тяжёлые, поэтому атмосфера, которая остаётся на планете, постепенно обогащается тяжёлыми изотопами.
В таком случае Марс, в отличие от Земли, должен быть обогащён более тяжёлым изотопом кислорода 18 O, по сравнению с лёгким и гораздо более распространённым 16 O.
Измерение относительного количества каждого изотопа может быть использовано для оценки того, насколько более плотную атмосферу имел древний Марс, в сочетании с оценкой, насколько быстро улетает в космос лёгкий 16 O, и всё это при условии, что относительное количество каждого изотопа на Земле и Марсе было когда-то примерно схожим.

Проблема заключается в том, что измерения количества 18 O по сравнению с 16 O и их соотношения 18 O/16 O ранее не были последовательными.
Различные марсианские миссии получали разные измерения и соотношения, что привело к недостаточному пониманию древней марсианской атмосферы.
Новые результаты дают возможность устранить это несоответствие, показав, что соотношение может меняться в течение марсианских суток.
"Предыдущие измерения, произведённые на Марсе или с Земли, позволили получить множество различных значений соотношения изотопов кислорода, - говорит Ливенгуд. - Теперь мы используем метод, который позволяет получить соотношение изотопов, меняющееся в течение суток, а не сравнение показаний от нескольких независимых устройств. Согласно нашим измерениям, в марсианский полдень оно увеличивается примерно на 9%, а ночью - уменьшается на 8% по сравнению с такими же соотношениями для атмосферы Земли".

Этот диапазон изотопных соотношений согласуется с другими полученными данными.
"Наши измерения показывают, что все предыдущие работы, возможно, были сделаны правильно, но не согласованы, потому что этот аспект атмосферы более сложен, чем мы предполагали, - объясняет Ливенгуд. - В зависимости от того, в каком месте на Марсе и в какое время марсианских суток производилось измерение, можно получить разные значения".

Команда учёных считает, что изменение соотношений в течение суток является обычным явлением по причине изменения температуры поверхности, при этом ночью молекулы с тяжёлыми изотопами осаждаются на холодных элементах поверхности в большем количестве, чем лёгкие изотопы, а затем они испаряются (термически десорбируются) по мере нагревания поверхности в течение дня.

Поскольку марсианская атмосфера в основном состоит из углекислого газа (CO2), учёные фактически производили наблюдения за изотопами кислорода, связанными с атомами углерода в молекулах CO2.
Они наблюдали за атмосферой Марса с помощью Инфракрасного телескопа на Мауна-Кеа (Гавайи), используя гетеродинный прибор для изучения планетарных ветров и атмосферного состава.
"Пытаясь понять широкий разброс в оценках соотношений изотопов, полученных в результате наблюдений, мы заметили, что они коррелируются с температурой поверхности, которую мы также отслеживали, - сказал Ливенгуд. - Понимание этого поставило нас на верный путь".

Новая работа поможет исследователям уточнить свои оценки относительно древней марсианской атмосферы. Поскольку измерения теперь согласуются с результатами изучения подобных процессов в атмосферах других планет, это означает, что учёные находятся на правильном пути понимания того, как и насколько изменился климат Марса.



Источник: https:// www.nasa.gov/ feature/ goddard/ 2019/ mars-lost-atmosphere/