pixabay.com

Примерно каждые два земных года, когда в южном полушарии Марса наступает лето, открывается "окно": только в этом сезоне водяной пар может эффективно подниматься из нижней марсианской атмосферы в верхнюю. Там ветры несут редкий газ к северному полюсу. В то время как часть водяного пара разлагается и уходит в космос, остальная часть опускается обратно около полюсов.

Исследователи из Московского физико-технического института и Института исследований солнечной системы имени Макса Планка (MPS) в Германии описали этот необычный марсианский круговорот воды в Geophysical Research Letters. Их компьютерное моделирование показало, как водяной пар преодолевает барьер холодного воздуха в средней атмосфере Марса и достигает более высоких слоев атмосферы. Новое исследование, похоже, смогло объяснить, почему Марс, в отличие от Земли, потерял большую часть своей воды.

Миллиарды лет назад Марс был планетой, богатой водой, с реками и даже океаном. Однако с тех пор многое изменилось и сегодня на поверхности красной планеты существует лишь небольшое количество замерзшей воды, а в атмосфере можно обнаружить лишь следы водяного пара. По оценкам ученых, планета, возможно, потеряла как минимум 80% своего водного покрова.

В верхних слоях атмосферы Марса УФ-излучение Солнца расщепляет молекулы воды на водород (H) и гидроксильные радикалы (OH). Оттуда водород безвозвратно уходит в космос. По данным, предоставленным космическими зондами и телескопами, даже сегодня вода все еще испаряется с поверхности планеты таким образом.

Но как это возможно? Средний слой атмосферы Марса, как и тропопауза Земли, должен фактически газ останавливать. В конце концов, этот регион обычно настолько холоден, что водяные пары превращаются в лед. Как марсианский водяной пар достигает верхних слоев воздуха?

Российские и немецкие исследователи обнаружили ранее неизвестный механизм, напоминающий насос. Их модель всесторонне описывает воздушные потоки во всей газовой оболочке, окружающей Марс. Расчеты показывают, что обычно ледяная средняя атмосфера становится проницаемой для водяного пара два раза в день, но только в определенном месте и в определенное время года.

Решающую роль в этом процессе играет марсианская орбита. Оборот вокруг Солнца, который длится около двух земных лет, планета делает по более эллиптической траектории, в отличие от Земли. В ближайшей точке к Солнцу (что примерно совпадает с летом в южном полушарии) Марс находится от звезды примерно на 42 млн километров ближе, чем в своей самой дальней точке. Поэтому лето в южном полушарии заметно теплее, чем в северном.

"Когда в южном полушарии наступает лето, в определенное время дня водяной пар может подниматься локально с более теплыми воздушными массами и достигать верхних слоев атмосферы", - говорит Пол Хартог из MPS. Там воздушные потоки переносят газ по долготе к северному полюсу, где он снова охлаждается и опускается. Однако часть водяного пара выпадает из этого цикла: под воздействием солнечного излучения молекулы воды распадаются, а водород улетает в космос.

Пылевая буря на Марсе

Помимо этого, есть еще одна марсианская особенность, которая может усилить этот необычный гидрологический цикл. Речь идет о мощных пылевых бурях, охватывающих всю планету с интервалами в несколько лет. Последние такие штормы произошли в 2018 и 2007 годах и были зафиксированы космическими зондами на орбите планеты.

По словам ученых, количество пыли, циркулирующей в атмосфере во время такой бури, облегчает транспортировку водяного пара в верхние слои воздуха. Согласно подсчетам исследователей, в южном полушарии во время пылевой бури 2007 года в верхние слои атмосферы попало вдвое больше водяного пара, чем в период без шторма. Поскольку частицы пыли поглощают солнечный свет и, таким образом, 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", - объяснил Дмитрий Шапошников из Московского физико-технического института.

"По-видимому, марсианская атмосфера более проницаема для водяного пара, чем атмосфера Земли. А сезонный круговорот воды в значительной степени способствует ее потери на планете", - заключил Хартог.

Ученые открыли на Марсе круговорот воды

Картина дня

Наши публикации