Современная Красная планета представляет собой суровую безжизненную пустыню, однако геологические данные показывают, что некогда воды там было едва ли не больше, чем на Земле. Причин, по которым Марс потерял почти все необходимые для развития жизни ресурсы, предлагалось немало. Но теперь ученые обнаружили надежную корреляцию между размерами небесного тела и его способностью удерживать летучие вещества.
Изобилующий водой древний Марс в представлении художника. Реконструкция на основе данных прибора MOLA зонда Mars Global Surveyor / ©NASA, Ittiz, Wikimedia
Научная работа за авторством международного коллектива геологов, океанографов и планетологов опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) Национальной академии наук США. В ней ученые проанализировали целый спектр данных как от космических аппаратов, изучавших Марс с орбиты, так и с роверов, работавших на поверхности, а также результаты изучения марсианских метеоритов, попавших на Землю.
Метод оценки, использованный в свежем исследовании, можно считать довольно новаторским. Обычно для расчета исторического содержания летучих элементов и соединений (включая воду) в геологических образованиях ученые анализируют соотношение определенных «маркеров» — как правило, калия и тория или рубидия и стронция. Но команда под руководством Куня Вана (Kun Wang) применила более точный метод: отслеживание концентраций стабильных изотопов одного лишь калия.
Этот щелочной металл характеризуется средней летучестью, но его присутствие достоверно соответствует концентрациям других легких элементов и химических соединений. Включая, конечно, воду и органические молекулы.
В результате удалось выявить интересную корреляцию: Марс сохранил до нынешнего времени гораздо меньше летучих элементов и соединений, чем Земля, но значительно больше, чем Луна и крупный астероид 4-Веста. То есть способность удерживать важные для возникновения и поддержания жизни химические элементы и вещества напрямую зависит в первую очередь от размера небесного тела. А точнее — от уровня гравитации на его поверхности.
На первый взгляд выводы очевидны, но не все так просто. Гипотез, объясняющих, почему Марс потерял почти всю воду и органические соединения, существует множество. Какие-то сводятся к отсутствию магнитного поля у Красной планеты, что позволяет солнечному ветру буквально вырывать ценные молекулы из атмосферы. А другие утверждают, что всему виной — слишком слабая или вовсе отсутствующая тектоника Марса из-за недостатка массы или крупного спутника на орбите вокруг него.
Каждая из них может быть верной — как и все они одновременно. Но в арсенале планетологов до этого не было четкого статистически доказанного признака жизнепригодности планеты в зависимости от ее размера. Теперь ученые получили нижний предел этого значения — «габариты» Марса.
Планеты меньше или ненамного крупнее явно не могут поддерживать на своей поверхности условия, необходимые для удержания летучих веществ и соединений. Каковы могут быть недостающие механизмы — вопрос вторичный, особенно в свете изучения экзопланет, находящихся от нас на расстоянии в несколько световых лет. Подобные дистанции не позволяют определять наличие или отсутствие тектонической активности на них, разве что примерно оценивать присутствие воды.
Комментарии
Атмосфера на Марсе есть, но она давным-давно под землей (в смысле, под почвой)...
У Титана гравитация даже слабее, чем у Луны, а атмосфера в 1.5 раза плотнее.
Остальные спутники планет гигантов сходные по массе атмосферы лишены или она крайне разряжена. Почему Титан исключение предстоит еще выяснить.
В атмосфере Титана кроется секрет малой плотности марсианской атмосферы и называется этот секрет азотом. Именно благодаря этому газу на Земле образовался воздух, пригодный для дыхания. Разумеется, помогла и большая масса и близость к Солнцу. Однако, будь на земле практически один углекислый газ, не миновать ей судьбы Марса...
Теперь вернемся на Марс и разберемся, как говаривает А. Березин, почему он такой?..
В молодость, 4 млрд лет тому назад Марс был достаточно горяч, чтобы из его пород выделились кислород и углерод, но ему не повезло, так как вместе с ними не выделялся и азот. В его отсутствии почти весь первородный кислород очень быстро обратно ушел в почву. А потому протонам солнечного ветра не удалось образовать на нем достаточно влаги. Потому моря и реки Марса были маловодны и не производили достаточно пара для нагрева атмосферы и перераспределения в ней тепла.
А потому, как только Марс остыл настолько, что внутреннее тепло уже не компенсировало дефицит тепла солнечного, немедленно наступил необратимый процесс, который я называю "вымерзанием атмосферы". Сначала вся влага на планете обратилась в снег и лед, который скопился в основном в приполярных областях.
Влага выпала из атмосферного круговорота. В ней остался один углекислый газ, который по ночам начал выпадать сухим снегом. Первое время он еще успевал сублимироваться с первыми лучами солнца практически целиком. Но утреннее "таяние" начало вызывать штормовые ветра в районе терминатора (вот уж истинное оправдание этого термина!), и они стали постепенно успевать засыпать сухой лед песком и пылью так, что с каждым оборотом Марса его воздух стал редеть и редеть. На полюсах даже пыльных бурь для отложения там атмосферы не требовалось!
В конце концов атмосфера Марса стала настолько разреженной, что даже сухой лед перестал образовываться...
А потом в течение примерно 3 млрд лет пыльные бури в этой остаточной атмосфере сметали в овраги и засыпали простой снег и сухой лед многометровым слоем грунта. Так что зря планетологи грешат на солнечный ветер, якобы сдувший атмосферу Марса...
Проверить эту теорию не слишком сложно, но мне не карману: нужно не маленькую барокамеру с оборудованием для имитации вышеописанных процессов, и чтобы она поработала с ускорением всех процессов в 20 млн раз (шибче нельзя -- итак годовой цикл выйдет в 15 сек.!) и так лет 25 (меньше тоже нельзя -- эффект может не проявиться!)... )))
У Венеры почти вся атмосфера из углекислого газа, и ей норм.
Вообще-то, русским языком написано: "...Марс остыл настолько, что внутреннее тепло уже не компенсировало дефицит тепла солнечного".
Венере до такового остывания и сейчас еще очень далеко. Да и первичная атмосфера у нее была в тысячи раз плотнее марсианской и в сотни раз земной, да и к Солнцу Венера ближе вдвое, чем Марс...
Что, кстати, дополнительно доказывает, что солнечное излучение и ветер не вызывают никакой мифической "утечки атмосфер в космос". Скорее, наоборот, задерживаемые атмосферами планет протоны и альфа-частицы СВ пополняют их...
Повторюсь: марсианская атмосфера вымерзла из-за того, что углекислый газ замерзает при температуре чуть ниже -80 по Цельсию (на ночной стороне там и холоднее бывает), а стабилизатора и накопителя тепла в виде азота (ТЗ -210 по Цельсию) в ней по какой-то причине не было, и практически весь первичный свободный кислород ввиду отсутствия азота был быстро связан поверхностными породами в окислы и протонами солнечного ветра в воду.