Данные, собранные КА MAVEN, неопровержимо свидетельствуют в пользу второй гипотезы. С помощью масс-спектрометра ионов и нейтрального газа NGIMS исследователи измерили изотопное отношение атомов аргона ³⁸Ar/³⁶Ar выше гомопаузы, на экзобазе, откуда происходит постепенное улетучивание газов в космос, и сравнили его с аналогичным отношением у поверхности Марса, измеренным марсоходом Curiosity. 

Ниже гомопаузы (примерно до высоты 100-120 км) атмосфера Марса хорошо перемешивается, но выше газы распределяются с разной шкалой высот в соответствии со своей атомной массой. ³⁶Ar немного легче, чем ³⁸Ar, поэтому на больших высотах отношение ³⁸Ar/³⁶Ar должно понижаться. Однако на высотах ~200 км отношение ³⁸Ar/³⁶Ar, напротив, выше, чем у поверхности, из-за большей скорости улетучивания более легкого изотопа аргона относительно более тяжелого. 

Полноразмерное изображение

Как подсчитали авторы исследования, 66 ± 5% первоначального аргона-36 улетучилось в космос. Аргон – инертный газ, не вступающий в химические реакции, и он достаточно тяжелый, чтобы покидать марсианскую атмосферу только в результате захвата ионами солнечного ветра. Быстрые ионы солнечного ветра, вторгаясь в верхние слои марсианской атмосферы, буквально выбивают в космос атомы атмосферных газов. Зная количество «выбитого» аргона, можно подсчитать и количество других «выбитых» атомов – O, C, H. Как оказалось, за счет механизма захвата солнечным ветром в космос могла улетучиться углекислотная атмосфера с давлением, близким к 1 атм.! 

Сейчас темпы потери Марсом атмосферы низки, однако они увеличиваются во время мощных солнечных вспышек и корональных выбросов. Миллиарды лет назад, когда Солнце было гораздо активнее, чем сейчас, темпы потери Марсом атмосферных газов тоже были гораздо выше. С учетом того, что углекислый газ на Марсе мог покидать атмосферу не только путем «выбивания» частицами солнечного ветра аналогично аргону, но и другими путями, оценку давления древней марсиансой атмосферы в 1 атм. можно считать нижним пределом.

Источник: https://mars.jpl.nasa.gov/news/2017/nasas-maven-reveals-most-of-mars-atmosphere-was-lost-to-space

Оригинальная статья: http://science.sciencemag.org/content/355/6332/1408.full