Ученые давно подозревали, что Марс, когда-то теплый и влажный, как Земля, потерял большую часть своей воды в основном в результате выветривания, но они не осознавали значительного воздействия локальных пыльных бурь, которые случаются почти каждое лето в южном полушарии планеты. Пыльные бури, охватывающие всю планету, которые случаются каждые три-четыре марсианских года, считались главными виновниками, наряду с жаркими летними месяцами в южном полушарии, когда Марс находится ближе к Солнцу.
Объединив наблюдения с трех международных космических аппаратов на Марсе, ученые смогли показать, что, относительно небольшие, пыльные бури играют огромную роль в высыхании Красной планеты. Пыльные бури нагревают холодную марсианскую атмосферу на больших высотах, предотвращая замерзание водяного пара, и позволяя ему подниматься выше. В верхних слоях Марса, где атмосфера разрежена, молекулы воды остаются уязвимыми для ультрафиолетового излучения, которое расщепляет их на более легкие компоненты водорода и кислорода. Водород, который является самым легким элементом, легко уносится в космос, а кислород либо улетучивается, либо возвращается на поверхность.
Помимо этого марсианская атмосфера также нагревается во время небольших пылевых бурь, согласно новой работе, опубликованной в журнале Nature Astronomy. Международная группа исследователей обнаружила, что во время регионального шторма Марс теряет вдвое больше воды, чем во время южного летнего сезона без региональных штормов.
Поскольку вода является одним из ключевых ингредиентов жизни, какой мы ее знаем, ученые пытаются понять, как долго она текла на Марсе и как была потеряна. Миллиарды лет назад на Марсе было намного больше воды, чем сегодня. То, что осталось, заморожено на полюсах или заблокировано в коре. Некоторые ученые предсказывают, что в таянии эта оставшаяся вода может заполнить глобальный океан глубиной до 30 метров.
Хотя у ученых было много идей о том, что происходит с водой на Марсе, им не хватало измерений, необходимых для того, чтобы связать всю картину воедино. Затем редкое схождение орбит космических аппаратов во время региональной пыльной бури с января по февраль 2019 года позволило ученым провести беспрецедентные наблюдения.
Орбитальный аппарат NASA Mars Reconnaissance Orbiter измерял температуру, концентрацию пыли и водяного льда от поверхности до примерно 100 километров над ней. Находясь в том же диапазоне высот, орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter ESA измерил концентрацию водяного пара и льда. И космический аппарат NASA Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN, или MAVEN, завершил измерения, сообщив о количестве водорода, который оторвался бы от молекул H2O в самых высоких частях Марса, на высоте более 1000 километров от поверхности.
Ученые сообщают, что данные, собранные с помощью четырех приборов на трех космических кораблях, дают четкое понимание роли региональной пыльной бури в утечке марсианской воды.
Спектрометры европейского орбитального аппарата обнаружили водяной пар в нижних слоях атмосферы еще до начала пыльной бури. Обычно температура марсианской атмосферы становится холоднее с высотой в течение большей части марсианского года, что означает, что водяной пар, поднимающийся в атмосфере, замерзает на относительно небольших высотах. Но когда началась пыльная буря, нагревая атмосферу выше, приборы увидели, что водяной пар достигает больших высот. Эти инструменты обнаружили в 10 раз больше воды в средней атмосфере после начала пыльной бури, что в точности совпадает с данными инфракрасного радиометра на орбитальном аппарате Mars Reconnaissance Orbiter.
Радиометр измерял повышение температуры в атмосфере, когда пыль поднималась высоко над Марсом. Как и ожидалось, на нем также исчезли облака водяного льда, поскольку лед больше не мог образовываться в более теплых нижних слоях атмосферы. Изображения с ультрафиолетового спектрографа MAVEN подтверждают это; они показывают, что перед штормом 2019 года можно было увидеть ледяные облака, парящие над парящими вулканами в районе Фарсиды на Марсе.
Ожидается, что на больших высотах водяной пар под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца расщепляется на водород и кислород. Действительно, наблюдения MAVEN показали это, поскольку он зафиксировал свечение верхних слоев атмосферы водородом, которое во время шторма увеличилось на 50%.