Життєпридатність Марса обмежена його невеликими розмірами, показує ізотопне дослідження

Вода необхідна для життя на Землі та інших планетах, і вчені знайшли достатньо доказів наявності води у ранній історії Марса. Однак сьогодні на поверхні Червоної планети немає рідкої води. Нове дослідження пропонує фундаментальну причину: Марс може бути занадто малим, щоб утримувати велику кількість води.

Про це розповідається у пресрелізі Вашингтонського університету в Сент-Луїсі.

Вивчення дистанційного зондування та аналіз марсіанських метеоритів, починаючи з 1980-х років, свідчать про те, що колись Марс був багатий водою, у порівнянні із Землею. Космічний апарат НАСА "Viking", а нещодавно й марсоходи "Curiosity" та "Perseverance" на поверхні повернули драматичний образ марсіанських ландшафтів з річковими долинами та проточними каналами.

Всупереч цим свідченням, на поверхні не залишилося рідкої води. Дослідники запропонували багато можливих пояснень, включаючи послаблення магнітного поля Марса, що могло призвести до втрати товстої атмосфери.

Але дослідження, опубліковане 20 вересня у журналі "Proceedings of the National Academy of Sciences" пропонує більш фундаментальну причину того, чому сьогоднішній Марс так різко відрізняється від "блакитно-мармурової" Землі.

"Доля Марса була вирішена із самого початку", - сказав Кун Ван, доцент кафедри наук про Землю та планети Коледжу мистецтв та наук Вашингтонського університету, старший автор дослідження. "Ймовірно існує певний поріг вимог щодо розмірів скелястих планет, щоб утримувати достатню кількість води для забезпечення життєпридатні та тектоніки плит, з масою, що перевищує масу Марса".

Для нового дослідження Ван та його колеги використовували стабільні ізотопи елемента калію (К) для оцінки присутності, розподілу та кількості летких елементів на різних планетарних тілах.

Калій – помірно леткий елемент, але вчені вирішили використовувати його у якості своєрідного відстежувача для більш летких елементів і сполук, таких як вода. Це відносно новий метод, який відрізняється від попередніх спроб використовувати співвідношення калію до торію (Th), отриманого за допомогою дистанційного зондування та хімічного аналізу для визначення кількості летких речовин, які Марс колись мав. У попередніх дослідженнях члени дослідницької групи використовували метод відстеження калію для вивчення формування Місяця.

Ван та його команда виміряли склад ізотопів калію у 20 раніше підтверджених марсіанських метеоритів, відібраних для репрезентативності загального силікатного складу Червоної планети.

Використовуючи цей підхід, дослідники визначили, що Марс втратив більше калію та інших летких речовин, ніж Земля під час свого утворення, але утримує більше цих летючих речовин, ніж Місяць та астероїд 4-Веста – два значно менших та сухіших тіла, ніж Земля та Марс.

Дослідники виявили чітко визначену кореляцію між розміром тіла та ізотопним складом калію.

"Причина набагато меншої кількості летких елементів та їх сполук у диференційованих планетах, ніж у примітивних недиференційованих метеоритах, була давнім питанням", - сказала Катаріна Лоддерс, професор-дослідниця земельних та планетарних наук у Вашингтонському університеті, співавтор дослідження. "Виявлення кореляції ізотопних композицій K з гравітацією планети – це нове відкриття з важливими кількісними наслідками для того, коли і як диференційовані планети отримували та втрачали свої летючі речовини".

"Марсіанські метеорити – єдині доступні нам зразки для вивчення хімічного складу загальної частини Марса", - сказав Ван. "Ці марсіанські метеорити мають вік від кількох сотень мільйонів до 4 мільярдів років та запам′ятали історію еволюції летючих елементів Марса. Вимірюючи ізотопи помірно летких елементів, таких як калій, ми можемо зробити висновок про ступінь виснаження летючими елементами загальної кількості планет та провести порівняння між різними тілами Сонячної системи".

"Безперечно, що раніше на поверхні Марса була рідка вода, але те, скільки всього Марс колись мав, важко визначити кількісно лише за допомогою дистанційного зондування та досліджень марсоходами", - сказав Ван. "Існує багато моделей загального вмісту води на Марсі. У деяких з них ранній Марс був навіть вологішим за Землю. Ми не віримо, що це було так".

Дослідники відзначили, що ці результати мають значення для пошуку життя на інших планетах, окрім Марса.

Знаходження занадто близько до Сонця (або, для екзопланет, занадто близько до їхньої зорі) може вплинути на кількість летких речовин, які планетарне тіло може утримувати. Це вимірювання відстані від зорі часто враховується в індексах "жилих зон" навколо зірок.

"Це дослідження підкреслює, що існує дуже обмежений діапазон розмірів планет, щоб мати достатньо, але не надто багато води для розвитку придатного для життя поверхневого середовища", - сказав Клаус Мезгер з Центру космосу та життєпридатності в Університеті Берна, Швейцарія, співавтор дослідження. "Ці результати допоможуть астрономам у пошуках придатних для життя екзопланет в інших сонячних системах".

Тепер Ван вважає, що для планет у межах жилих зон, ймовірно слід більше приділяти уваги розмірам планет та регулярно враховувати їх при розгляді питання про те, чи може екзопланета підтримувати життя.

"Розмір екзопланети – один із параметрів, який найлегше визначити", - сказав Ван. "Виходячи з розміру та маси, ми тепер знаємо, чи є екзопланета кандидатом на життя, тому що розмір є першочерговим фактором, що визначає збереження летких речовин".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.