Сегодня большая часть Марса засушлива, как пустыня, за исключением ледяных отложений в его полярных регионах. Куда ушла остальная вода?
Изображение предоставлено Центром космических полетов имени Годдарда НАСА, на котором изображен океан, который когда-то мог покрывать северный Марс.
Некоторые из частиц воды исчезли в космосе. Молекулы воды, столкнувшиеся с частицами солнечного ветра, распались на атомы водорода и кислорода, и те, особенно более легкие атомы водорода, вылетели из атмосферы и потерялись в космосе.
Но большая часть воды, как показывают результаты нового исследования, ушла вниз, всосавшись в скалы красной планеты. И там он остается в ловушке минералов и солей. Действительно, до 99% воды, которая когда-то текла на Марсе, все еще может быть там, по оценке исследователей в статье, опубликованной на этой неделе в журнале Science.
Данные последних двух десятилетий полетов роботов на Марс, в том числе марсохода НАСА Curiosity и марсианского разведывательного орбитального аппарата, показали широкое распространение того, что геологи называют гидратированными минералами.
«Стало очень, очень ясно, что находить доказательства изменения воды - обычное дело, а не редкость», - сказала Бетани Элманн, профессор планетологии Калифорнийского технологического института и один из авторов статьи.
Эльманн, выступая на брифинге во вторник на конференции по лунной и планетарной науке, сказал, что по мере того, как горные породы изменяются жидкой водой, молекулы воды включаются в минералы, такие как глины. «Вода эффективно задерживается в корке», - сказала она.
Чтобы получить представление о количестве воды, планетологи говорят о «глобальном эквивалентном слое» - то есть, если бы Марс был сглажен в однородный безликий шар, насколько глубока была бы вода?
По оценкам ученых, глубина океана на Марсе составляла от 100 до 1500 метров. По их словам, наиболее вероятная глубина составляла около 2000 футов, или примерно четверть воды в Атлантическом океане.
Данные и моделирование также показали, что вода почти полностью исчезла 3 миллиарда лет назад, примерно в то время на Земле, когда жизнь в океанах состояла из одноклеточных микробов.
«Это означает, что Марс был сухим довольно долгое время», - сказала Ева Шеллер, аспирантка Калифорнийского технологического института, которая была ведущим автором научной статьи.
Сегодня есть вода, эквивалентная глобальному океану глубиной от 65 до 130 футов, но в основном она замерзла в полярных ледяных шапках.
Ученые-планетологи давно изумлялись древним свидетельствам проточной воды, вырезанным на поверхности Марса - гигантским каньонам, усикам извилистых речных каналов и дельтам, где реки извергали отложения в озера. Последний робот НАСА, исследующий Марс, Perseverance, который приземлился в прошлом месяце в кратере Джезеро, направится к дельте реки на ее краю в надежде найти признаки прошлой жизни.
Без машины времени невозможно напрямую наблюдать, сколько воды было на более молодом Марсе более 3 миллиардов лет назад. Но атомы водорода, плавающие сегодня в атмосфере Марса, сохраняют призрачный намек на древний океан.
На Земле примерно 1 из 5000 атомов водорода - это дейтерий, который в два раза тяжелее, потому что его ядро содержит как нейтрон, так и протон. (Ядро обычного атома водорода имеет только протон, а не нейтроны.)
Но на Марсе концентрация дейтерия заметно выше, примерно 1 из 700. Ученые из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, которые сообщили об этом открытии в 2015 году, сказали, что это можно использовать для расчета количества воды, которой когда-то был Марс. Марс, вероятно, начался с таким же соотношением дейтерия и водорода, как и Земля, но доля дейтерия со временем увеличивалась по мере испарения воды и потери водорода в космосе, потому что более тяжелый дейтерий с меньшей вероятностью покинет атмосферу.
Проблема этой истории, сказал Рэнью Ху, ученый из Лаборатории реактивного движения НАСА и другой автор нынешней научной статьи, заключается в том, что Марс недостаточно быстро теряет водород. Измерения орбитального аппарата NASA Mars Atmosphere и Volatile Evolution или MAVEN показали, что текущая скорость, экстраполированная на 4 миллиарда лет, «может объяснить лишь небольшую часть потери воды», - сказал Ху. «Этого недостаточно, чтобы объяснить великое высыхание Марса».
Это привело к заключению нового исследования, что большая часть воды ушла в скалы.
«Это очень интересное новое исследование, в котором многие процессы объединены, чтобы предоставить альтернативные сценарии судьбы воды на Марсе», - написал в электронном письме Джеронимо Вильянуэва, один из ученых НАСА, который ранее проводил измерения дейтерия. «Это открывает возможность для еще более влажного прошлого, и что камни на Марсе теперь содержат больше воды, чем мы первоначально думали».
Однако вода, вероятно, не принесла бы большой пользы поселенцам с Земли. «Количество воды в камне очень мало, - сказал Шеллер.
Чтобы освободить воду, застрявшую в минералах, необходимо нагреть их до высоких температур. «Нам пришлось бы приготовить очень много камня, чтобы получить что-нибудь полезное», - сказал Шеллер.
Илон Маск, основатель SpaceX, мечтающий однажды отправить колонистов на Марс, размышлял о взрыве ядерных бомб на Марсе, чтобы растопить ледяные шапки и согреть планету, сделав ее более гостеприимной. Эти взрывы также высвободили бы часть воды в гидратированных минералах, хотя Шеллер отказался предполагать, сколько именно.
Майкл Мейер, ведущий научный сотрудник программы НАСА по исследованию Марса, сказал: «Я просто упомяну, что ядерные удары по планете обычно не лучший способ сделать ее более пригодной для жизни».
На Земле вода также поглощается горными породами, но не остается там бесконечно. Движение земной коры толкает камни вниз в мантию, где они тают, а затем расплавленная порода - и вода - снова поднимаются вверх через вулканы. На Марсе вулканизм, как и жидкая вода, похоже, давно ушел.
