Круговорот воды на Марсе

Последние наблюдения приборов орбитального аппарата «Марс-Экспресс» позволили детально изучить круговорот воды на Марсе.

Исследования проводились с помощью приборов PFS (планетный Фурье-спектрометр), SPICAM (универсальный спектрометр) и OMEGA (картирующий спектрометр), в создании которых принимали участие российские ученые. Об этом сообщается в совместном пресс-релизе Европейского космического агентства (ЕКА) и Института космических исследований РАН (ИКИ РАН).

Водяной пар присутствует в марсианской атмосфере, которая более сухая, чем земная. Если сконденсировать всю марсианскую атмосферную воду, то она покроет планету тончайшим слоем толщиной всего 10 мкм. Для сравнения — на Земле толщина этого слоя составила бы 2 см. Несмотря на столь небольшие объемы, марсианская вода, как и на Земле, вовлечена в непрерывный круговорот конденсации и испарения. В сконденсированном состоянии она выпадает на поверхность Марса и затем, испаряясь, возвращается в атмосферу и переносится ветром, пока вновь не выпадет на поверхность. Это постоянное движение воды достаточно сильно влияет на марсианский климат.

Как поясняет Роберт Хаберле (Robert Haberle) из Исследовательского центра Эймса НАСА, круговорот воды на Марсе гораздо менее интенсивен, чем на Земле. Тем не менее, содержание водяного пара в атмосфере Марса достаточно сильно варьируется в зависимости от времени года и географического положения.

«Водяной лед на планете существует в полярных шапках и в грунте. Чтобы переместиться из одного места в другое, ему необходимо растаять, испариться и попасть в атмосферу. Как только водяной пар попадает туда, он конденсируется и может образовывать облака, которые, в свою очередь, отражают солнечное излучение. Таким образом, облака оказывают охлаждающий эффект на марсианский климат», - говорит Олег Кораблев (ИКИ РАН).

Ученые, сравнив данные, полученные в 70-х годах аппаратами «Викинг» НАСА с новыми данными «Марса Экспресс», высказали предположение, что количество водяного пара на Марсе существенно меняется из года в год. Если считать данные «Викингов» верными, получается, что во время его работы в атмосфере над северным полюсом Марса было почти в два раза больше воды, чем сегодня. Однако, как считает Олег Кораблев, повторный анализ этих данных с помощью современных методик может привести к тому, что результаты «Викингов» окажутся ближе к результатам «Марс-Экспресс». Это означает, что марсианский круговорот воды более стабилен, чем представляется сейчас.

Исследователи считают, что основной источник воды на Марсе – северная полярная шапка. «К лету сухой лед (замерзший углекислый газ) на полюсах испаряется, открывая слой водяного льда под ним, который затем также испаряется в атмосферу. На юге слой сухой углекислоты никогда не исчезает полностью, поэтому вода здесь так и остается в ловушке. На основе некоторых компьютерных моделей можно предположить, что именно испарение и конденсация льда на северном полюсе определяет основные черты марсианского водного цикла», - говорит Роберт Хаберле.

Бернар Шмидт из лаборатории планетологии Гренобля (Франция) поясняет: «Ранее мы полагали, что сезонный слой углекислоты в северной полярной шапке должен полностью испариться, прежде чем откроется слой водяного льда. И, таким образом, вода может попасть в атмосферу только поздней весной. Но испарение сезонных отложений сухого углекислого газа также освобождает небольшое количество (несколько миллиметров) водяного льда, — в результате получается своеобразное «кольцо» на поверхности вокруг полюса, начиная с низких широт (от 50 градусов). А значит, вода, «захваченная» в этих отложениях, начинает испаряться и попадает в марсианскую атмосферу уже в начале весны. Это меняет некоторые детали круговорота воды на Марсе, но не общую картину».

«Водяной лед не существует в стабильном состоянии на широтах ниже 45 градусов от экватора. На широтах выше 50 градусов к обоим полюсам лед может постоянно существовать под поверхностью. Недавно была построена карта распределения водяного льда вокруг полюса на этих широтах», - говорит Билл Филдман из Института планетных исследований, США - «Как только вы поднимаетесь выше 85 градусов, лед уже выходит на поверхность. На северном полюсе в этих районах существует слой водяного льда 2-3-километровой толщины. На южном полюсе то же самое, но там слой водяного льда покрыт «сухим льдом» — замерзшей углекислотой».

Билл Фридман добавил, что прибор ОМЕГА позволяет наблюдать адсорбировавшие воду минералы: в верхних слоях марсианского грунта видны водяные молекулы, которые «прилипли» к поверхности тех или иных минералов. Они также могут служить источником водяного пара летом, при нагревании. Для проведения химического анализа гидратированных минералов необходимы посадочные станции. Сейчас этим занимаются два марсохода НАСА. Ученые считают, что для того, чтобы полностью понять круговорот воды на Марсе и климат планеты в прошлом, необходимы длительные исследования.

«Марс-Экспресс» — первая экспедиция европейского космического агентства к Марсу. «Марс-Экспресс» был выведен на межпланетную траекторию при помощи РН «Союз-Фрегат», стартовавшей с космодрома Байконур 3 июня 2003 г.