Фото из открытых источников
Тот факт, что на холодном и сухом Марсе сегодня были реки и озера несколько миллиардов лет назад, озадачивал ученых на протяжении десятилетий. Теперь исследователи из Гарварда считают, что у них есть хорошее объяснение более теплого и влажного древнего Марса. Новое исследование было опубликовано в Nature Geoscience.
Опираясь на предыдущие теории, описывающие Марс в древности как то жаркое, то холодное место, группа под руководством исследователей из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) определила химические механизмы, с помощью которых древний Марс мог поддерживать достаточно тепла в ранние годы своего существования для существования воды и, возможно, жизни.
«Было настоящей загадкой, что на Марсе была жидкая вода, поскольку Марс находится дальше от Солнца, а также потому, что Солнце в то время было слабее», — сказала ведущий автор Даника Адамс из NASA Sagan Postdoctoral Fellow.
Водород ранее теоретически рассматривался как магический ингредиент, смешанный с углекислым газом в атмосфере Марса, чтобы вызвать эпизоды парникового потепления. Но время жизни атмосферного водорода короткое, поэтому требовался более подробный анализ.
Теперь Адамс, Робин Вордсворт, профессор кафедры наук об окружающей среде и инженерии имени Гордона Маккея в SEAS, и их команда провели фотохимическое моделирование — аналогичное методам, которые сегодня используются для отслеживания загрязняющих веществ в воздухе, — чтобы получить подробную информацию о связи ранней марсианской атмосферы с водородом и о том, как эта связь менялась с течением времени.
«Ранний Марс — это потерянный мир, но его можно реконструировать в мельчайших подробностях, если задать правильные вопросы», — сказал Вордсворт. «Это исследование впервые синтезирует химию атмосферы и климат, чтобы сделать некоторые поразительные новые предсказания, которые можно будет проверить, как только мы доставим марсианские камни обратно на Землю».
Адамс модифицировала модель под названием KINETICS, чтобы смоделировать, как сочетание водорода и других газов, реагирующих как с землей, так и с воздухом, контролировало ранний марсианский климат.
Она обнаружила, что во время Нойского и Гесперианского периодов Марса, между 4 и 3 миллиардами лет назад, Марс переживал эпизодические теплые периоды в течение примерно 40 миллионов лет, причем каждое событие длилось 100 000 или более лет. Эти оценки согласуются с геологическими особенностями Марса сегодня. Теплые, влажные периоды были вызваны гидратацией земной коры или потерей воды в землю, что поставляло достаточно водорода для накопления в атмосфере в течение миллионов лет.
Во время колебаний между теплым и холодным климатом химия атмосферы Марса также колебалась. CO 2 постоянно подвергается воздействию солнечного света и преобразуется в CO. В теплые периоды CO может перерабатываться обратно в CO 2, делая CO 2 и водород доминирующими. Но если было достаточно холодно в течение достаточно долгого времени, переработка замедлялась, накапливался CO и приводила к более восстановленному состоянию, то есть к меньшему количеству кислорода. Таким образом, окислительно-восстановительные состояния атмосферы резко менялись с течением времени.
«Мы определили временные масштабы для всех этих изменений», — сказала Адамс. «И мы описали все части в одной и той же фотохимической модели».
Работа по моделированию дает потенциально новое понимание условий, которые поддерживали пребиотическую химию — основу более поздней жизни, какой мы ее знаем — в теплые периоды, и проблем сохранения этой жизни в интервалы холода и окисления. Адамс и другие начинают работать над поиском доказательств этих изменений с помощью изотопного химического моделирования, и они планируют сравнить эти результаты с породами из предстоящей миссии Mars Sample Return.
Поскольку на Марсе нет тектоники плит , в отличие от Земли, поверхность, которую мы видим сегодня, похожа на ту, что была давным-давно, что делает историю ее озер и рек еще более интригующей. «Это действительно отличный пример того, как планеты могут развиваться с течением времени», — сказала Адамс.
