Атмосфера Марса в настоящее время крайне разреженная — её давление составляет менее 1% от земного, — но есть веские доказательства того, что в прошлом она была значительно толще. Исследователи впервые наблюдали атомы, покидающие планету, необычным образом.
Этот процесс, известный как атмосферное распыление, возможно, способствовал переходу Марса от водной планеты к нынешнему засушливому миру, как сообщила группа учёных в журнале Science Advances.
Поиски планетарного учёного
С начала 2010-х годов планетолог Шеннон Карри из Университета Колорадо в Боулдере изучает данные с Марса в поисках признаков эрозии атмосферы Красной планеты. «Я искала это с тех пор, как была младшим научным сотрудником», — сказала она. Коллеги даже подшучивали над Карри, что её поиски могут быть напрасными.
Но теперь у Карри, главного исследователя миссии NASA «Mars Atmosphere and Volatile Evolution» (MAVEN), есть повод для радости: она и её коллеги считают, что впервые зафиксировали прямые наблюдения распыления на Марсе.
Ускользание через толчки
Планетарные атмосферы постоянно меняются; всё, от солнечных затмений до вулканических извержений и сжигания ископаемого топлива, может изменить их состав, плотность и структуру.
Распыление — это процесс, при котором ионы с высокой энергией, ускоренные электрическим полем Солнца, пробиваются через верхние слои атмосферы планеты и сталкиваются с нейтральными атомами. Эти энергетические толчки передают нейтральным частицам достаточно энергии, чтобы они могли покинуть гравитационное поле планеты.
Сегодня распыление играет лишь незначительную роль в утечке атмосферы Марса — скорость распыления в настоящее время на несколько порядков ниже, чем у фотодиссоциации. «Но мы думаем, что миллиарды лет назад это было основным фактором утечки», — сказала Карри.
Благодаря почти десятилетним наблюдениям MAVEN, Карри и её сотрудники получили доступ к подробным записям об электрическом поле Солнца и нейтральных частицах в атмосфере Марса. Они сосредоточились на нейтральном аргоне, тяжёлом благородном газе.
Следуй за темнотой
Команда использовала моделирование атмосферы Марса, чтобы определить, где они могут найти сигнал распыления. Моделирование показало, что ключевым фактором является высота над уровнем примерно 360 километров.
Кроме того, было важно смотреть на ту сторону Марса, которая обращена от Солнца. Это связано с тем, что фотодиссоциация преобладает днём. «Мы должны выйти из солнечного света, чтобы обнаружить распыление», — сказала Джанет Луманн, учёный-космонавт из Калифорнийского университета в Беркли и член исследовательской группы.
Исследователи сравнили содержание аргона в атмосфере Марса в двух диапазонах высот: 250–300 и 350–400 километров. Они также сравнили периоды, когда электрическое поле Солнца было направлено либо к Марсу, либо от него. Распыление должно преимущественно происходить в диапазоне более высоких высот, когда электрическое поле Солнца направлено к Марсу — именно тогда ионы ускоряются к атмосфере планеты.
Действительно, Карри и её коллеги обнаружили статистически более высокую плотность аргона в этой группе данных.
Команда подсчитала, что аргон распылялся со скоростью около 10²³ атомов в секунду. Это может показаться большим числом, но на самом деле оно примерно в 100 раз ниже, чем текущая скорость фотодиссоциации, сказала Луманн. Но миллиарды лет назад электрическое поле Солнца, вероятно, было гораздо сильнее, чем сегодня, и скорость распыления могла быть намного выше, возможно, являясь основным фактором эрозии атмосферы Марса.
Такой сдвиг может помочь объяснить, что случилось с водой на Марсе.
Существует множество доказательств того, что на поверхности Марса когда-то существовала жидкая вода — речные долины, высохшие русла озёр и другие вырезанные водой объекты сохранились до наших дней. Это означает, что атмосфера Марса, должно быть, когда-то была достаточно толстой, чтобы поддерживать жидкую воду. «Вам нужно, чтобы атмосферное давление давило на воду, чтобы она оставалась жидкой», — сказала Карри. Но сегодня Красная планета — это засушливый мир без видимой воды. Распыление может объяснить, по крайней мере частично, как произошла потеря давления.
И поскольку жидкая вода тесно связана с нашим представлением о жизни, эти результаты имеют важное значение, сказал Шерф. «Вы не можете знать, может ли жизнь существовать где-то, если вы не понимаете атмосферу и то, как она ведёт себя».
Карри и её коллеги надеются использовать данные MAVEN в течение многих лет, но недавно они узнали, что у них может не быть такой возможности: миссия запланирована к отмене в предлагаемом федеральном бюджете на 2026 год. Это стало огромным эмоциональным ударом, сказала Карри, но команда пока не сдаётся. «Соединённые Штаты сейчас занимают первое место в исследовании Марса, — сказала Карри. — Мы потеряем это, если отменим эти активы».
— Кэтрин Корней (@KatherineKornei), научный писатель
Citation: Kornei, K. (2025), Scientists spot sputtering on Mars, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250231. Published on 24 June 2025.
Text © 2025. The authors. CC BY-NC-ND 3.0