Скорость исчезновения воды из атмосферы Марса оказалась недооцененной

10.01.20

Скорость потери воды в верхних слоях атмосферы Марса оказалась выше прогнозируемых ранее значений. О результатах своих исследований международная группа ученых сообщила в журнале Science.

Использовав данные зонда Trace Gas Orbiter программы Европейского космического агентства и Роскосмоса ExoMars, исследователи из Института космических исследований РАН, Национального центра научных исследований Франции, Оксфордского и Австралийского национального университетов обнаружили, что водяной пар в атмосфере Марса накапливается в больших количествах и неожиданных пропорциях на высоте более 80 км.

Однако, как показали исследования, пар с большой скоростью исчезает из атмосферы Марса. Это происходит из-за того, говорят ученые, что солнечный свет и различные катализирующие соединения разделяют молекулы воды на атомы водорода и кислорода  из-за солнечного света, а слабая гравитация планеты не может предотвратить их улетучивание в космос. При этом отдельные участки атмосферы содержат в 10-100 раз больше водяного пара, чем теоретически позволяет температура.

Ученые склонны предполагать, что так происходит не всегда, а лишь в некоторые сезоны на Марсе. Причину и цикличность этого явления еще предстоит выяснить.

Рассказывает Анна Фёдорова, заведующая лабораторией отдела физики планет ИКИ РАН и первый автор статьи, опубликованной в Science 9 января 2020 г.. Ученый и её коллеги из ИКИ и научных организаций Европы и Австралии исследовали этот вопрос с помощью данных спектрометрического комплекса АЦС на марсианском аппарате Trace Gas Orbiter (TGO) проекта «ЭкзоМарс».

«Необходимо понять, каким образом воды может попадать в верхние слои атмосферы, — говорит Анна Фёдорова. — Один из важных механизмов, блокирующий воду в нижней атмосфере, как и на Земле, — облака. Они появляются, когда парциальное давление водяного пара (это давление, которое имел бы пар, если бы заполнял весь объём, занятый смесью газов) превышает некоторое пороговое значение. Этот порог насыщения зависит от температуры. Облака, по идее, играют роль «холодной ловушки» для молекул воды, так как не дают им подниматься выше. Но если комбинация температуры и давления таковы, что порог насыщения повышается, то часть водяных молекул может избежать этой «ловушки». При этом очень важно, насколько много пыли в атмосфере, так как её частицы служат ядрами конденсации при формировании облаков».

По новым данным, водяной пар в перенасыщенном состоянии существует в обоих полушариях на высотах от 5 до 30 км, при этом корреляции с наличием или отсутствием облаков не наблюдалось.

В южном полушарии, в частности, наблюдался некоторый «слой», содержащий водяной пар в перенасыщенном состоянии, на высотах от 15 до 40 км. Во время региональной пылевой бури эта особенность исчезла, но после неё восстановилась и снова постепенно исчезла ко времени весеннего равноденствия.

Ещё выше, от 70 до 80 км, «перенасыщенный» водяным паром слой атмосферы существовал, по-видимому, все время, в том числе при наличии облаков. Это обстоятельство косвенно подтверждает наличие некоторого эффективного механизма, который переносит воду в верхние слои атмосферы. На высоте 50–60 км также время от времени наблюдались перенасыщенные водяным паром «участки» атмосферы и, как и на более низких высотах, одновременно с облаками.