Почему на Марсе нет атмосферы

Потеря атмосферы Марса поставила под вопрос терраформирование Красной планеты

Надежды на превращение Марса в цветущую планету по типу Земли немного подкосились. Долгое время писатели-фантасты мечтали терраформировать Марс — изменить холодный климат Красной планеты в сторону более дружелюбного для колонизаторов с Земли. Среди возможных вариантов — высвобождение множества улавливающего тепла диоксида углерода из марсианской коры обратно в атмосферу.

Марсианские породы могут содержать много этого парникового газа. В конце концов, Красная планета потеряла большую часть атмосферы, в которой преобладал углекислый газ, миллиарды лет назад.

«Если именно сюда весь углекислый газ ушел из ранней плотной атмосферы, тогда терраформирование может быть возможным», — говорил Брюс Якоски, главный исследователь миссии MAVEN, которая изучает атмосферу Марса с орбиты с ноября 2014 года.

Однако результаты MAVEN, представленные неделю назад, показали, что углекислый газ планеты ушел скорее вверх, чем вниз: вскоре после того, как глобальное магнитное поле Марса отключилось где-то 4,2 миллиарда лет назад, солнечный ветер и мощные вспышки на Солнце смыли большую часть атмосферы планеты, отправив ее в космос.

Это плохие новости для сторонников терраформирования, по мнению Якоски, работающего в Лаборатории атмосферной и космический физики при Университете Колорадо в Боулдере.

«Ее там нет, — заявил он на конференции NASA, посвященной результатам MAVEN на тему исследования утечки CO2 из атмосферы Марса. — Она полностью ушла из Солнечной системы, и вернуть ее невозможно».

Это, конечно, не означает, что терраформирование Марса стало невозможно (есть много идей о том, как это сделать) или что у планеты нет возможного доступного диоксида углерода. К примеру, две полярных шапки Марса хранят некоторое количество CO2 в виде льда (хотя больше они все же состоят из водяного льда), и марсианская почва также впитала углекислый газ. Однако новые открытия MAVEN говорят о том, что процесс превращения Красной планеты в рай для землян — и без того чертовски сложный даже на бумаге — может быть еще сложнее, чем считалось ранее.

NASA планирует освоить Марс в относительно недалеком будущем, вне зависимости от того, будет терраформирование приемлемым вариантом или нет. В настоящее время космическое агентство разрабатывает дорожную карту по отправке астронавтов на захваченный на лунной орбите астероид к 2025 году, а к 2030-м годам — и на Красную планету.

Миссия MAVEN на 671 миллион долларов (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) помогает ученым выяснить, как и почему Марс превратился из относительно теплого и влажного мира, насыщенного водой, в холодную сухую планету, известную нам сегодня, за миллиарды лет.

Для этого космический аппарат изучал марсианскую атмосферу, используя восемь различных научных инструментов, измеряя скорость убегания молекул в космос и ряд других характеристик.

Почему Венера не потеряла атмосферу как Марс?

Марс и Венера — две планеты, орбиты которых лежат ближе всего к Земле. Обе они рассматриваются учёными как кандидаты для колонизации и терраформирования в будущем. Одним из факторов при оценке перспективности планеты для колонизации является наличие и состав атмосферы. И тут между Венерой и Марсом сразу можно заметить огромную разницу — давление атмосферы на поверхности Марса в 170 раз меньше, а на поверхности Венеры — в 92 раза больше чем на Земле.

Часто приходится слышать, что Марс потерял свою атмосферу из-за отсутствия у него магнитного поля? Возникает резонный вопрос — почему же тогда Венера имеет такую плотную атмосферу, ведь магнитное поле Венеры также очень слабо? Почему некоторые планеты утрачивают свою атмосферу, в то время как другие — сохраняют плотную атмосферу в схожих, на первый взгляд, условиях. Давайте разбираться вместе.

Почему планеты теряют атмосферу?

Согласно современным научным представлениям существует два механизма потери планетами атмосферы.

Первый механизм — термальный. Этот механизм заключается в том, что быстрые молекулы газа в верхних слоях атмосферы могут преодолевать гравитацию планеты и улетать в открытый космос.

В зависимости от состава атмосферы и размеров планеты данный способ может быть как основным (для маленьких или горячих планет) так и вовсе незначительным (для газовых гигантов и холодных планет)

Второй механизм — не термальный: он заключается в том, что планета теряет атмосферу под воздействием солнечного ветра. Солнечный ветер — это поток плазмы (ионизированных частиц), выбрасываемой Солнцем. Частицы солнечного ветра на скоростях в 300-1200 км/c сталкиваются с молекулами газа в верхних слоях атмосферы планеты и как бы «выбивают» их из атмосферы.

Единственной защитой атмосферы планет от солнечного ветра является их магнитное поле. Оно служит своеобразным щитом и заставляет ионизированные частицы солнечного ветра как бы «обтекать» планету. В результате частицы солнечного ветра попасть в атмосферу практически не могут за исключением узкой области в окрестностях полюсов.

Почему планеты теряют магнитное поле?

Считается, что напряженность дипольного магнитного поля планеты зависит от прецессии её оси вращения и скорости вращения вокруг своей оси. Для Венеры эти величины чрезвычайно малы, при этом магнитное поле Венеры имеет даже еще более низкую напряжённость, чем должна была бы иметь согласно теоретическим расчётам.

Согласно другому предположению магнитное поле планеты исчезает когда в железном ядре планеты отсутствуют конвективные потоки, что является следствием отсутствия тектоники плит, причина которой на данный момент исследована не для всех планет.

Марс, скорее всего, вообще не имеет горячего, вращающегося ядра, а на Венере отсутствие тектоники плит может быть вызвано отсутствием на планете воды, которая играет роль смазки для тектонических плит и облегчает их движение.

Также возможно, что из-за высокой температуры на Венере её кора просто не затвердевает, вследствие чего плиты либо не могут сформироваться, либо усиливается вулканизм, что приводит к недостатку энергии для конвективного движения потоков в ядре.

Как же Венера не потеряла атмосферу?

Собственное магнитное поле у Венеры очень слабое и его недостаточно для того, чтобы защитить атмосферу от частиц солнечного ветра. Однако неё есть магнитное поле индуцированное солнечным ветром.

Когда частицы ветра попадают в атмосферу Венеры, то они не могут проникнуть вглубь неё из-за высокой плотности вещества.

Частицы солнечного ветра ионизируют верхние слои атмосферы. В результате чего в атмосфере возникает движение ионизированных частиц или говоря проще — электрический ток. Этот ток и создаёт индуцированное магнитное поле.

Индуцированная магнитосфера состоит из четырёх частей: ударной волны, магнитослоя, магнитопаузы и хвоста магнитосферы с токовым слоем. Индукция магнитного поля может достигать 40 нТл, чего достаточно, чтобы большая часть солнечной плазмы не могла проникнуть глубоко в атмосферу.

Таким образом Венера защищена от потери атмосферы своей массой и плотной атмосферой, которая под ударами солнечного ветра сама создаёт магнитное поле и чем сильнее ветер, тем сильнее станет и магнитосфера планеты. Однако Венера всё же медленно теряет атмосферу из-за разгона ионов в магнитосфере, но эти потери невелики.

Как Марс потерял свою атмосферу

Поделиться сообщением в

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

В далеком прошлом Марс лишился большей части своей атмосферы под воздействием солнечного ветра. К такому выводу пришли исследователи Университета Колорадо на основе изучения данных, полученных от находящегося на орбите Красной планеты зонда НАСА “Mэйвен” и марсохода “Кьюриосити”.

Но состав марсианской атмосферы сильно отличался от атмосферы Земли.

В марсианском воздухе, судя по всему, преобладал углекислый газ.

Это, в свою очередь, означает, что этот парниковый газ мог разогреть температуру воздуха на Красной планете настолько, что там могла возникнуть жизнь.

“Мы все еще пытаемся подсчитать объемы потерянной Марсом атмосферы, но я бы сказал, что эта атмосфера была столь же плотной, что и на Земле, один или два бара”, – говорит профессор Брус Джакоски из Университета Колорадо в Боулдере.

“И почти вся она – 80-90% – была унесена солнечным ветром”, – сказал он в интервью Би-би-си.

Профессор Джакоски – главный исследователь проекта НАСА, связанного с зондом “Mэйвен”, который прибыл на орбиту Марса в 2014 году и с тех пор изучает верхние слои атмосферы этой планеты.

Среди прочего, зонд измеряет присутствие аргона в марсианской атмосфере.

О чем рассказал аргон

Аргон – инертный газ, который не взаимодействует с другими газами в атмосфере или элементами на поверхности планеты. Из этого следует, что аргон мог исчезнуть из марсианской атмосферы лишь под воздействием солнечного ветра – потока мегаионизированных частиц, истекающего из солнечной короны в окружающее космическое пространство.

Масштабы потери аргона марсианской атмосферой за последние 4,5 млрд лет можно вычислить, определив пропорции тяжелых и легких изотопов атома. Легкий изотоп 36Ar улетучивается быстрее, чем тяжелый изотоп 38Ar, в результате чего в оставшемся в атмосфере аргоне преобладают более тяжелые изотопы.

Профессор Джакоски и его команда изучили концентрацию обоих изотопов как в верхних слоях атмосферы Марса, так и на его поверхности.

“Мы пришли к выводу, что примерно две трети аргона, присутствовавшего в атмосфере Марса, улетучились в космическое пространство. Это значит, что почти весь газ в атмосфере был потерян”, – рассказывает он.

“Аргон не важен для того, чтобы получить данные о климате, но он указывает на то, что произошло с углекислым газом, так как те же самые силы, которые удаляют аргон из атмосферы, удаляют и углекислый газ. То есть мы можем сказать, что с течением времени основной объем CO2 в марсианской атмосфере улетучился в космос”, – поясняет Брюс Джакоски.

Это открытие важно, поскольку позволяет нам понять, как в далекие времена Марс мог удерживать на своей поверхности воду – что способствовало бы появлению жизни на Красной планете.

Сейчас тонкая атмосфера не способна удержать жидкость на поверхности Марса, она быстро испаряется. Поэтому гораздо более плотная атмосфера – важнейший фактор для изучения вопроса о том, была ли жизнь на Марсе.

Проблема климата

Тот факт, что на Марсе в прошлом была либо стоячая вода, либо реки – и, может быть, даже океаны, – кажется очевидным. На фотографиях Красной планеты хорошо видны русла рек, аллювиальные равнины и дельты. А “Кьюриозити” обнаружил признаки существования озер.

Однако климатические модели, основанные на скупой информации о прошлой атмосфере Марса, с трудом могут воспроизвести условия, при которых температура воздуха на Марсе была бы достаточно высокой для существования обширных водоемов.

Согласно такому моделированию, большая часть воды была бы льдом.

“Уже давно существуют серьезные разногласия между геологами, которые видят признаки существования рек и озер, и разработчиками компьютерных моделей, которые не понимают, как это могло произойти при известных нам атмосферных условиях”, – поясняет доктор Матт Балм из британского Открытого университета.

“Информация, полученная от зонда “Мэйвен”, очень важна, потому что до сих пор у нас не было достаточно данных о том, что происходило с CO2 в марсианской атмосфере”.

“Теперь мы сможем модифицировать компьютерные модели, заложив в них показатели давления в атмосфере Марса в один или два бара”, – считает Балм.

Источники:

http://hi-news.ru/research-development/poterya-atmosfery-marsa-postavila-pod-vopros-terraformirovanie-krasnoj-planety.html
http://zen.yandex.ru/media/id/5b96357d5960b700aa6863c6/5d4eb81997b5d400adaa971b
http://www.bbc.com/russian/features-39475938