< «Хаббл» увидел покраснение одного из полюсов Сатурна

Бури и смена времен года уносят марсианскую воду

Марс теряет воду не равномерно — скорость её улетучивания в космос определяют смена сезонов и пылевые бури. Благодаря многолетней работе спектрометра SPICAM на борту космического аппарата «Марс-Экспресс» (Mars Express, ESA) впервые собраны данные о концентрации воды в атмосфере в течение нескольких марсианских лет.

---

Как показала Анна Фёдорова и её коллеги из ИКИ РАН и лаборатории исследований атмосферы (LATMOS, Национальный центр космических исследований Франции), молекулы водяного пара в атмосфере может достигать высот 90 км над поверхностью, что существенно облегчает его «уход» в открытый космос. Наиболее интенсивно Марс теряет воду во время южного лета и пылевых бурь. Исследования были подтверждены результатами моделирования, которое провели исследователи LATMOS. Но даже эти увеличенные оценки не помогают понять, куда исчезла та марсианская вода, которая могла бы создать ландшафт современной нам планеты. «Марс-Экспресс» продолжает работу, а вместе с ним и другие марсианские аппараты, в том числе — зонд TGO миссии «ЭкзоМарс-2016» (Роскосмос/ESA).

Сегодня воды на Марсе исключительно мало, но рельеф и минеральный состав поверхности планеты заставляет думать, что так было не всегда. Ранний Марс, вероятнее всего, содержал довольно значительные резервуары жидкой воды (глубина гипотетического глобального океана могла достигать 500 м).

Однако сейчас из-за малого атмосферного давления вода может существовать лишь в виде льда или водяного пара, причём в последней форме она довольно легко «уходит» в космос. На высоте больше 50 км углекислотная атмосфера больше не задерживает ультрафиолетовое излучение Солнца, и оно разбивает молекулы воды. Получившиеся напрямую атомы водорода диссипируют в космос.

Довольно долгое время представлялось, что вся вода сосредоточена в нижней атмосфере Марса, откуда водород медленно поднимается в верхнюю атмосферу, и, следовательно, процесс его ухода из атмосферы равномерный и не зависящий от времени года. Но данные, полученные с помощью инфракрасного спектрометр SPICAM на борту космического аппарата «Марс-Экспресс», рисуют гораздо более сложную картину.

«Марс-Экспресс», запущенный с космодрома Байконур в 2003 г., работает на орбите вокруг Марса с конца 2003 года, то есть около восьми марсианских лет. И всё это время он рутинно измеряет содержание водяного пара в атмосфере Марса на высотах до 100 км над поверхностью.

Особенность прибора SPICAM (сокращение от The Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars, «спектроскопия для исследования характеристик атмосферы Марса») в том, что он способен исследовать атмосферу планеты в режиме «солнечных затмений», то есть наблюдая, как солнечный свет просвечивает слой атмосферы на краю планетного диска. Благодаря этому можно изучать распределение молекул водяного пара на разных высотах. А это — ключ к пониманию самых тонких процессов в атмосфере: как движутся атмосферные массы, какие химические и физические процессы происходят в них и где именно.

Обработав данные SPICAM за восемь марсианских лет, Анна Фёдорова, руководитель лаборатории экспериментальной спектроскопии ИКИ РАН, и её коллеги обнаружили, что в периоды, когда Марс находится дальше от Солнца, водяной пар практически не поднимается выше отметки в 60 км. Это происходит, когда планета находится в афелии — точке орбиты, наиболее удаленной от Солнца (орбита Марса более вытянута по сравнению с земной, поэтому разница заметна, 207 и 249 миллионов км). В это время в северном полушарии лето, в южном — зима. Напротив, когда Марс проходит перигелий, ближайшую к Солнцу точку (во время южной зимы), водяной пар может подниматься до 90 км над поверхностью, не конденсируясь в лед. Концентрация водяного пара в этот период может достигать 100 частиц на миллион в единице объёма.

«Это объясняет, почему в это время года скорость потери воды Марсом увеличивается — поясняет Анна Фёдорова. — Верхняя атмосфера насыщается водой, а оттуда она уходит в космос».

---