Учените откриват нов периодичен воден цикъл на Марс

Концепцията на художника за молекулите на водната пара, които се изхвърлят в Космоса от Марс. Учените откриха нов воден цикъл на планетата, при който водната пара може да се транспортира в горната атмосфера и дори на моменти да избяга в космоса. Изображение чрез NASA / GSFC / CU / LASP.

Учените откриха нов тип воден цикъл на Марс, което е малко изненадващо, като се има предвид като цяло тежката липса на вода на планетата. Според ново проучване водната пара се издига от долната атмосфера до горната атмосфера на Марс, а част от нея дори избягва в космоса, но това може да се случи само при много ограничени условия. Тази констатация може също да помогне да се обясни как Марс е загубил повечето си водни милиарди преди години.

Интригуващите нови резултати бяха публикувани в текущия брой на рецензираното списание Geophysical Research Letters от 16 април 2019 г. от изследователи от Московския институт по физика и технологии (MIPT) и Института Макс Планк за изследвания на слънчевата система (MPS) в Германия.

Компютърните симулации показаха, че изненадващо водните пари могат да се издигнат от долната атмосфера и да преминат през по-студената средна атмосфера в горната атмосфера, но само при определени обстоятелства. Това уникално движение на водни пари се случва на всеки две години, през лятото в южното полукълбо. Част от водната пара се носи от ветровете към северния полюс, а останалата част се разпада и избягва в космоса. Ето защо Марс е загубил по-голямата част от водната си пара и в далечното минало.

Вертикално разпределение на водната пара на Марс в течение на една марсова година, в 3 ч. Местно време. Водната пара може да достигне по-високи атмосферни слоеве само когато е лято в южното полукълбо на Марс. Изображение чрез GPL / Shaposhnikov et al.

И така, как водната пара може да премине през студената бариера в средната атмосфера? Изследователите смятат, че има неизвестен досега механизъм на работа, който действа нещо като помпа. В средата атмосферата обикновено е много студена, което затруднява преминаването на водни пари през нея. Но два пъти на ден - и то само на определено място и в определено време на годината - тази бариера става по-пропусклива. По това време водната пара може да се промъкне през средната атмосфера и да влезе в горната атмосфера.

Водната пара се охлажда в горната атмосфера, където част от нея намира пътя си към северния полюс и отново потъва надолу. Но някои от водните молекули се разпадат от слънчевата радиация на тези крайни височини и избягат в космоса.

Орбитата на Марс е ключов фактор за функционирането на този процес. Неговата орбита е около два пъти по-дълга от тази на Земята, две години и много по-елиптична. Лятото е в южното полукълбо на Марс, когато планетата е най-близо до слънцето, около 26 милиона мили (42 милиона км) по-близо, отколкото в най-отдалечената му точка, а летните температури в южното полукълбо на Марс са значително по-топли от летните температури в северното му полукълбо. Това прави по-лесно водната пара да се издига през атмосферата по това време. Според Пол Хартог от MPS:

Когато е лято в южното полукълбо, в определени часове на ден водната пара може да се издига локално с по-топли въздушни маси и да достигне горната атмосфера.

Праховите бури на Марс, като тази, наблюдавана от орбитата на Марс Експрес през април 2018 г. в района на Утопия Планиция, също могат да пренасят водни пари по-нагоре в атмосферата. Изображение чрез ESA / DLR / FU Берлин.

Това, комбинирано с механизма на помпата, означава, че правейки тези сравнително кратки моменти, водната пара всъщност може да се изкачи през атмосферата, дори в космоса. Но има и друг процес, който може да помогне за това: прашни бури. Прашните бури на Марс могат да бъдат чудовища, дори да обграждат понякога цялата планета. Праховите частици се нагряват и могат да повишат атмосферната температура с до 30 градуса. Прахът също може да вдига водни пари високо в атмосферата, както отбеляза Александър Медведев от MPS:

Количествата прах, завихрящи се в атмосферата по време на такава буря, улесняват транспортирането на водна пара във високи въздушни слоеве.

Една огромна прахова буря беше през 2007 г. и изследователите изчислиха, че тя се изнесе приблизително два пъти повече пара в горната част на атмосферата, отколкото би станало нормално. Както обясни Дмитрий Шапошников от MIPT, първи автор на новото изследване:

Нашият модел показва с безпрецедентна точност как прахът в атмосферата влияе върху микрофизичните процеси, участващи в превръщането на леда във водна пара.

Както Hartogh също коментира:

Очевидно, марсианската атмосфера е по-пропусклива за водни пари, отколкото тази на Земята. Новият сезонен воден цикъл, който е открит, допринася масово за Mars продължаващата загуба на вода.

Концепцията на художника за това как може да изглежда Марс с древен океан в северното му полукълбо; някои учени смятат, че този Марсов океан може би някога е съществувал. Днес Марс е сух, студен свят с лед върху и под повърхността, с много малко водна пара в атмосферата си. Изображение чрез NASA / GSFC.

Марсианската атмосфера също сега е толкова тънка, че не може да задържи почти толкова водна пара, колкото преди няколко милиарда години. И дори днес изглежда, че каквато и пара да има, понякога лесно може да избяга в космоса. Учените също смятат, че атмосферата на Марс някога е била много по-гъста, отколкото е сега, което е могло да задържа много повече водна пара, както днес прави Земята. Дъждът, реките и езерата бяха възможни по това време и може би дори океан в северното полукълбо, както смятат някои учени сега. Сега е предимно лед на и под повърхността, с някои доказателства за течни водни езера по-дълбоко надолу и много по-малко водна пара. Как Марс се е променил толкова много, отдавна е загадка за учените, но сега благодарение на проучвания като това, изследователите научават накрая как планетата се е променила от по-подобен на Земята свят в студената, суха пустиня, която виждаме днес.

Долен ред: На Марс не е останало много вода, освен лед и малко течна вода по-дълбоко надолу, но все пак има активен воден цикъл в атмосферата. Това ново проучване не само показва как работи цикълът, но може и да помогне да се обясни защо Марс загуби по-голямата част от своята водна пара - и атмосферата като цяло - на първо място.

Източник: Сезонна водна „помпа“ в атмосферата на Марс: вертикален транспорт до термосферата

Институт Макс Планк за изследвания на слънчевата система