Найдено объяснение тайны на полюсе Марса

Как на южном полюсе Красной планеты образовалось массивное месторождение с наслоений водяного льда и CO2-льда.

В 1966 году двое ученых Калифорнийского технологического института (Калтех) рассуждали о влиянии ненасыщенного углекислого газа (CO2) в марсианской атмосфере, впервые обнаруженного Mariner IV – пролетным космическим аппаратом НАСА, построенным и управляемым Лабораторией реактивного движения (JPL). Они предположили, что Марс с такой атмосферой может иметь долгосрочное, стабильное месторождение льда CO2, который, в свою очередь, может контролировать глобальное атмосферное давление, рассказывают в Калтех.

Новое исследование от Калтех предполагает, что теория, разработанная физиком Робертом Б. Лейтоном и планетарным ученым Брюсом К. Мюрреем, вполне может быть правильной.

Углекислый газ составляет 95% атмосферы Марса, поверхностное давление которой – всего 0,6% от земного. Один из прогнозов теории Лейтона и Мюррея – с огромными последствиями для изменения климата Марса – состоит в том, что его атмосферное давление будет меняться по мере того, как планета будет колебаться на своей оси при вращении вокруг Солнца, подвергая полюса большему-меньшему количеству солнечного света. Прямое попадание солнечного света на месторождения льда CO2 на полюсах приводит к его сублимации (прямой переход материала из твердого состояния в газообразное). Лейтон и Мюррей предположили, что по мере перемещения солнечного света, атмосферное давление может колебаться от всего лишь одной четвертой сегодняшней марсианской атмосферы в два раза большей, чем сегодня, в течение циклов, продолжительностью десятки тысяч лет.

Теперь, новые ключевые доказательства в подтверждение этого предоставляет новая модель Питера Бюлера, доктора философии в Лаборатории реактивного движения, которой руководит Калтех для НАСА, и его коллег из Калтех, JPL и Университета штата Колорадо. Модель была описана в статье в журнале Nature Astronomy.

Команда исследовала существование загадочной особенности на южном полюсе Марса: массивное месторождение из льда CO2 и водяного льда в слоях, чередующихся как слои торта, и простирающиеся на глубину до 1 км, с тонким инеем из CO2-льда на вершине. В слоено-тортовом месторождении содержится столько же CO2, сколько сейчас во всей марсианской атмосфере.

Теоретически, наслоения не может быть, потому что водяной лед термически более устойчивый, чем лед из CO2; ученые давно считали, что лед из CO2 быстро дестабилизируется, если он будет похоронен под водяным льдом. Однако, новая модель Бюлера и его коллег показывает, что месторождение могло развиться в результате сочетания трех факторов: 1) изменение наклона оборота планеты; 2) разница в том, как водяной лед и лед из CO2 отражают солнечный свет; 3) увеличение атмосферного давления, которое происходит, когда лед из CO2 сублимируется.

«Обычно, когда вы запускаете модель, вы не ожидаете, что результаты будут столь сильно совпадать с вашими наблюдениями. Но толщина слоев, определенная моделью, прекрасно совпадает с радарными измерениями», - говорит Бюлер.

Как предполагают исследователи, вот как образовалось месторождение: когда Марс колебался на своей оси оборота за последние 510 000 лет, южный полюс получал разное количество солнечного света, что позволяло льду из CO2 образовываться, когда полюса получали меньше солнечного света, и приводило к его сублимации, когда полюса были более солнечными. Когда образовался лед из CO2, небольшое количество водяного льда попало в ловушку вместе с CO2-льдом. Когда CO2 сублимировался, более стабильный водяной лед оставался и консолидировался в слои.

Но водяные слои не полностью запломбировали месторождение. Вместо этого, сублимирующий CO2 повышает атмосферное давление на Марсе, и слой торта с CO2-льдом развивается в равновесии с атмосферой. Когда количество солнечного света снова уменьшается, поверх водяного слоя образуется новый слой CO2-льда, и цикл повторяется.

Поскольку интенсивность сублимационных эпизодов, как правило, уменьшалась, между слоями воды осталась часть CO2-льда, то есть происходили чередование льда из CO2 и водяного льда. Наиболее глубокий (и потому самый древний) слой CO2 образовался 510 000 лет назад после последнего периода экстремального освещения полюса, когда весь CO2 сублимировался в атмосферу.

«Наше определение истории больших перепадов давления на Марсе является основополагающим для понимания эволюции климата Марса, включая историю со стабильной жидкой водой и жизнепригодностью у поверхности Марса», - говорит Бюллер. Эта работа была частью диссертации Бюллера в Калтех. Он продолжил исследования в его нынешней роли аспиранта в JPL. Его соавторами являются бывшие его консультанты Энди Ингерсолл и Бетани Элман, оба являются профессорами планетарных наук в Калтех; Стивен Пик из JPL; и Пол Хейни из Университета штата Колорадо в Боулдере.

Учение называется «Коэволюция атмосферы Марса и массивное юго-полярное месторождение льда из CO2». Это исследование финансировало НАСА.

Читайте еще интересные новости о космосе.