В далекой древности Марс был богат и водой, и воздухом. И проблема того, куда они подевались, до сих пор остается весьма интригующей и загадочной.

Древний Марс глазами художника: много воздуха, много воды


Солнечный ветер, взаимодействуя с магнитным полем Марса, формирует в его атмосфере плазмоиды – «пузыри», заключающие в себе атмосферные молекулы

«Популярная Механика» продолжает лекции по марсианской истории. В прошлый раз мы рассмотрели древние океаны Красной планеты (« Влажный Марс »), теперь займемся атмосферой.

Не так давно ученым удалось получить свидетельства того, что марсианская атмосфера постоянно уносится прочь воздействием солнечного ветра – потока заряженных частиц, на большой скорости несущегося от Солнца. И процесс этот не похож на медленное разрежение, частица за частицей: атмосфера отходит целыми «пузырями», которые отделяются от планеты навсегда и уносятся в глубокий космос. Такой механизм, кстати, проливает свет на некоторые загадки Красной планеты… впрочем, обо всем по порядку.

«Прежде всего, - говорит Дэвид Брейн (David Brain), сообщивший недавно об открытии этого механизма, - теперь можно объяснить, почему атмосфера Марса так разреженна».

Миллиарды лет назад на этой планете было намного больше и воды, и воздуха (заметим, что «воздух» применительно к Марсу означает другую смесь газов, чем на Земле: там это был, в основном, углекислый газ, а не азот с кислородом, как у нас). Атмосфера была достаточно плотной, чтобы не позволять водоемам слишком быстро испаряться в космос – некоторые ученые считают даже, что она была не менее плотной, чем на Земле.

Сегодня Марс безжизнен и сух. Моря и океаны пересохли, а атмосферное давление примерно в сотню раз ниже, чем на Земле, на уровне моря. Поставьте на марсианскую почву наполненный водой стакан – при таком низком давлении вода закипит и испарится буквально на глазах.

Куда же исчезла некогда плотная атмосфера Красной планеты? До сих пор специалисты выдвигали несколько предположений. Первое – астероидный удар, достаточно мощный для того, чтобы одним взрывом выбросить львиную долю воздуха в космос. Другое – постепенная потеря атмосферы, ставшая результатом миллиардов лет неумолимой и упорной «работы» частиц солнечного ветра, понемногу выбивавших, как кегли, молекулы воздуха прочь от планеты. Наконец, оба механизма могли дополнять друг друга.

Однако недавно группа ученых, в числе которых и уже знакомый нам Дэвид Брейн, открыла новую возможность – процесс, представляющий собой нечто среднее между постепенным ослабеванием атмосферы и разовой потерей большой ее части. К такому выводу они пришли, изучая данные ныне закончившей свою работу миссии Mars Global Surveyor .

Еще в 1998 г. аппарат этот обнаружил, что Марс обладает весьма необычным магнитным полем. Оно не представляет собой цельной сферы, охватывающей всю планету и ее окрестности (как у нас, на Земле), а не имеет определенного центра и состоит будто из магнитных «зонтиков», областей, начинающихся под поверхностью Марса и раскрывающихся далеко за пределами его атмосферы. Напряженность магнитного поля в разных точках планеты отличается в 1,5-2 раза, а ее магнитные полюса не совпадают с физическими. Все это говорит о том, что железное ядро Марса неподвижно по отношению к коре планеты, а значит – механизм «планетарного динамо», который ответствен за жизнь магнитосферы Земли, здесь не работает. Возможно, та же астероидная мега-катастрофа, которая в далеком прошлом лишила Марс атмосферы, привела и к остановке его ядра...

Магнитные «зонтики» прикрывают лишь около 40% поверхности планеты, в основном, в южном ее полушарии. Ученые сочли, что они вполне могут служить защитой марсианской атмосфере, прикрывая значительные ее участки от разрушительных дуновений солнечного ветра. Однако, по мнению Дэвида Брейна и его коллег, те же «зонтики» могут работать и, наоборот, на разрушение атмосферы: они заключают целые огромные «пузыри» воздуха, которые затем, оторвавшись от основной части атмосферы, уносятся прочь в космос.

Дэвид Брейн и его коллеги проанализировали огромный массив данных, собранных зондом Global Surveyor в ходе 25 тыс. оборотов, совершенных вокруг Марса. В ходе одного из них аппарат прошел точно через вершину одного из магнитных «зонтиков». Ученые заметили, что силовые линии магнитного поля в этом месте рекомбинировали и соединились с магнитным полем солнечного ветра (этот процесс называется «магнитным перезамыканием», он происходит и в окрестностях Земли, примерно каждые 8 минут – читайте об этом: « Портал открыт »).

Что происходит после перезамыкания, сказать со 100-процентной вероятностью нельзя. Однако ученые выдвинули версию, которая пока что согласуются со всеми имеющимися данными. «Соединившись, фрагменты магнитных полей Марса и солнечного ветра, - говорит Дэвид Брейн, - образуют в верхних слоях атмосферы замкнутую сферу, замыкающую в себе, как в капсуле, большие объемы ионизированных частиц воздуха – такой “пузырь” имеет порядка тысячи километров в поперечнике. Постепенно давление солнечного ветра отрывает сферу и уносит ее в космос, вместе с “грузом” заключенного в ней воздуха».

Такие магнитные капсулы, получившие название «плазмоиды», наблюдаются, в основном, в окрестностях марсианского Южного полюса – видимо, постольку, поскольку и магнитные «зонтики» чаще встречаются в этих регионах.

Впрочем, Дэвид Брейн далек от того, чтобы заявлять об окончательном решении загадки исчезновения атмосферы Марса. «Еще не до конца понятно, насколько часто появляются и улетают эти плазмоиды, насколько большие количества воздуха они могут унести», - говорит он.

Сложность в том, что аппарат Mars Global Surveyor не был предназначен для исследования подобных феноменов. На его борту имелся лишь датчик электронов, и никаких инструментов для работы с более тяжелыми ионами, которые составляют (согласно описанной выше гипотезе) основное наполнение «магнитных пузырей» – плазмоидов. Кроме того, из-за особенностей своей орбиты зонд мог провести замеры характеристик «магнитных зонтиков» лишь на строго определенных высотах и в строго определенное время местных суток. Этого явно недостаточно для того, чтобы рассмотреть процесс в динамике.

«Коротко говоря, - резюмирует Дэвид Брейн, - нужно больше данных». В этой связи ученые возлагают большие надежды на будущую американскую миссию MAVEN , о которой мы рассказывали вам в заметке « Следующий на Марсе » и которая должна отправиться на службу в 2013 г.

Этот аппарат уже специально разрабатывается для изучения атмосферы и процессов, связанных с ее разрежением. Он будет способен детектировать как электроны, так и более тяжелые заряженные частицы и электронейтральные атомы. Он сумеет замерять величины и магнитного, и электрического полей. А эллиптическая орбита позволит зонду делать нужные замеры на разных высотах, под разными углами и в разное время суток. Он даст полную картину – если, конечно, не откроет новые загадки Марса, который, как мы знаем, вполне способен преподнести очередной сюрприз.

По информации NASA