Учёные из Испании и Франции выявили корреляцию между древними изменениями наклона оси Марса (обликвацией) и ускоренной потерей воды. Исследование показало: при наклоне оси на 35° (среднее значение за последние 20 млн лет) скорость утечки водорода из верхних слоёв атмосферы (экзосферы) достигала 1,17 × 1028 атомов в секунду. Это в 40 раз превышает современные показатели (3 × 1026 атомов/с), но объясняет, почему следы древних рек и озёр сохранились на рельефе планеты.
До сих пор астрофизики полагали, что вода медленно поднимается из нижней атмосферы, где разделяется на H2 и O, а затем водород улетучивается. Однако данные миссий MAVEN, Mars Express и наблюдения «Хаббла» указали на более сложный механизм. При глобальных пылевых бурях водяной пар перемещается в экзосферу напрямую, без промежуточных этапов. Это объясняет, почему ультрафиолетовые спектрометры фиксируют резкие колебания концентрации водорода.
На схеме показано, как изменение наклона оси Марса за последние 20 млн лет усилило утечку водорода. При текущем наклоне (25,2°) водяной лёд с полярных шапок испаряется летом и возвращается зимой, а пыль в нижних слоях атмосферы способствует подъёму воды в верхние слои, где она расщепляется на водород. В прошлом, при большем наклоне (35°), интенсивный нагрев полюсов вызывал активное испарение льда, формирование облаков в средних слоях атмосферы и нагрев до +50 К, что ускоряло попадание воды в мезосферу и потерю водорода. Источник: NASA / JPL / USGS
Для моделирования процесса команда использовала Mars-Planetary Climate Model (Mars-PCM) — климатическую модель, учитывающую формирование облаков и фотохимические реакции. Улучшенная микрофизика облаков (например, коагуляцию льда) и расширенный набор химических реакций позволили получать результаты, близкие к наблюдениям. Расчёты показали, что при наклоне оси 35° лёд из полярных областей активно переносится в экваториальные регионы, водяной пар поднимается в экзосферу, где ультрафиолет расщепляет воду, а плотные облака льда усиливают обмен теплом между слоями атмосферы, повышая температуру в экзосфере.
Эффект радиации облаков (терминальный процесс излучения энергии) создаёт условия для ускорения утечки лёгкого водорода. В результате годовая потеря воды составила 1,9 × 1035 атомов — в 10 раз больше, чем сейчас. Переведённая в глобальный эквивалентный слой воды (GEL) — условный слой, равномерно распределённый по Марсу — утрата за 4 млрд лет достигла 79 метров. Это соотносится с нижней границей геологических оценок, основанных на анализе речных систем Марса.
Результаты исследования подтверждают, что утечка водорода сыграла ключевую роль в высыхании планеты, но не единственную. Открытый доступ к данным Mars-PCM будет полезен для дальнейших исследований, а новые данные помогут уточнить климатическую модель планеты.
