Марс преследует нас как видение планеты пошла не так. Когда -то он был теплым и влажным, с реками, протекающими по ее поверхности и (потенциально) простая жизнь, находящаяся в его водоемах. Теперь это сухое и замерзает.
Может ли Земля понести эту судьбу? Существуют ли бесчисленные другие миры по всей Вселенной, которые были обитаемы в течение некоторого времени, прежде чем стать необитаемыми?
Чтобы ответить на эти вопросы, мы должны ответить на один из больших вопросов в космической науке: что привело к изменениям на Марсе? Новое исследование показывает, что водород играл решающую роль в сохранении теплая древнего Марса в течение периодов времени, поскольку температура планеты колебалась между теплыми и холодными.
Исследование — «Эпизодический теплый климат на раннем Марсе, призванном гидратацией коры». Он опубликован в Nature Geoscience, а ведущий автор — Даника Адамс, постдокторский научный сотрудник на факультете земли и планетарных наук в Гарвардском университете.
«Ранний Марс — это потерянный мир, но он может быть реконструирован с большими подробностями, если мы задаем правильные вопросы».
Робин Вордсворт, Гарвардский университет.
Есть достаточно доказательств текучивых поверхностных вод на древнем Марсе. Rover в НАСА исследует Jezero Crater, древний палеолак с глубокими отложениями отложений, переносимых там, протекающей водой. Спутниковые виды показывают многочисленные древние речные каналы. Есть также явные доказательства древних озер.
Долгое время доминирующая научная мысль заключалась в том, что Марс когда -то был теплым, а затем стал холодным. В последние годы более подробные данные свидетельствуют о том, что Марс колебался между теплым и холодным планетой.
Если это правда, то, что привело к этим колебаниям?
Первой трудностью в объяснении ранних теплых периодов на Марсе является слабый парадокс молодого солнца. Астрофизики подсчитают, что молодое солнце излучало только 70% энергии, которую она делает сейчас. Как у Марса мог быть поверхностные воды жидкости с таким небольшим количеством солнечной энергии?
«Это была такая загадка, что на Марсе была жидкая вода, потому что Марс находится дальше от солнца, а также солнце было слабее на раннем этапе», — сказала ведущий автор Даника Адамс в пресс -релизе.
Данные свидетельствуют о том, что у Марса когда -то было достаточно воды для эквивалентного глобального океана от 100 до 1500 м в глубину планеты в позднем периоде Ноачи. Ученые обнаружили сотни слоев озера из Ноачи, некоторые из которых такими же большими, как Каспийское море. Тем не менее, предполагается, что планета была слишком холодной, чтобы размещать столько жидкой воды без более эффективной атмосферы захвата тепла. Одна только CO2 не мог этого сделать, но исследователи считают, что более богатая водородом атмосфера могла бы.
Проблема в том, что водород не имеет тенденции сохраняться в атмосферах.
«Парниковые газы, такие как H2 в богатой CO2, могли бы способствовать потеплению посредством поглощения, вызванного столкновением, но было ли достаточное H2 доступно для поддержания потепления, остается неясным»,-пишут авторы в своей статье. Абсорбция, вызванное столкновением (CIA),-это когда молекулы в газовом столкновении, а взаимодействия от столкновения позволяют молекулам поглощать свет. ЦРУ может усилить эффект потепления атмосферного CO2.
Если бы был источник водорода, который позволил атмосфере пополниться, это могло бы объяснить, как Марс колеблется между холодным, сухим, теплым и влажным. Исследователи использовали комбинированную фотохимическую и климатическую модель, чтобы понять, как атмосфера реагировала на изменения климата и реакции между H2O и Rock.
«Ранний Марс-потерянный мир, но он может быть реконструирован с большим подробностями, если мы задаем правильные вопросы»,-сказал соавтор исследования Робин Вордсворт из Гарварда. «Это исследование впервые синтезирует атмосферную химию и климат, чтобы сделать некоторые поразительные новые прогнозы — которые можно проверить, как только мы возвращаем камень Марса обратно на Землю».
Исследование команды показало, что ранний Марс имел два различных климатических состояния, которые сохранялись в течение длительного времени. Теплый климат поддерживал поверхностную жидкую воду и длился от 100 000 до 10 миллионов лет. Эти периоды были созданы и поддерживаются H2 из гидратации коры с некоторой помощью вулканической активности. Во время гидратации коры вода теряется на землю, а H2 выпускается в атмосферу. Прохладный климат длился около 10 миллионов лет и показала атмосферу, в которой доминируют окислинные раковины на поверхности планеты.
«Мы находим, что H2
Модели команды показали, что климат Марса колеблется, как этот, около 40 миллионов лет в периоды Ноачи и Геспериан. Каждый теплый период длился не менее 100 000 лет. По мнению исследователей, эти временные масштабы согласуются со временем, которое потребовалось, чтобы вырезать речные долины Марса.
Химия атмосферы планеты колебалась в течение этих периодов. Когда солнечный свет ударил CO2, он был преобразован в CO. В теплые периоды, CO, пережившись обратно в CO2, и CO2 и H2 были доминирующими.
В течение холодных периодов утилизация CO замедлялась, CO создал в атмосфере, и это вызвало более кислородное состояние. Таким образом, окислительно -восстановительное состояние атмосферы резко колебалось с течением времени.
«Мы определили масштабы времени для всех этих чередований», — сказал Адамс. «И мы описали все части в одной фотохимической модели».
Современная поверхность Марса поддерживает чередующуюся атмосферную окислительную гипотезу исследователей. На поверхности показывается «недостаток карбонатов», объясняют исследователи в своей статье. Они должны образовываться в атмосфере, в которой преобладает CO2, где присутствует нейтральная вода pH, при условии, что на поверхности планеты существует обильное изменение коры с открытой системой. Адамс и ее соавторы говорят, что их гипотеза может объяснить отсутствие карбонатов.
Карбонаты были впервые обнаружены на Марсе в 2008 году, и ученые ожидали, что они найдут их большие месторождения. Однако эти большие месторождения никогда не были найдены. Если бы у раннего Марса была обильная вода в течение длительного времени, было бы обильные карбонаты.
Поверхностные породы Марса также содержат как окисленные, так и пониженные виды минералов. Авторы говорят, что это свидетельствует о том, что поверхность далеко не равновесится, что подтверждает их гипотеза. «В то время как как окисленные, так и пониженные виды могут образовываться при одном климате, скорость осаждения различных видов чувствителен к климату. Например, теплый климат преимущественно откладывает нитрат, в то время как прохладный климат преимущественно откладывает нитрит », — пишут авторы.
В любом случае, Марс — чрезвычайно интересная загадка. Без тектоники пластины его поверхность в основном неизменная с древних времен. В отличие от Земли, которая перерабатывает свою поверхность и стирает доказательства, доказательства теплых, влажных периодов Марса легко увидеть. «Это делает действительно отличный пример того, как планеты могут развиваться со временем», — сказал ведущий автор Адамс.
Многое из того, что ученые предполагают гипотезу о Марсе, может быть подтверждено только измерениями на месте. У NASA Rovers MSL Curiosity и Perseverance есть в бортовых лабораториях для изучения скал. Настойчивость, однако, также кэширует образцы скал для возможного возвращения на Землю. Эти образцы, если они попадут в Labs Earth, будут иметь решающее значение для ответа на наши вопросы о Марсе.
«Следовательно, полная интерпретация окислительно-восстановительного парадокса потребует тщательного сравнения нашей чередующейся гипотезы о окислительном состоянии атмосферы с химическими и изотопными наборами данных, собранными на месте, и с магматическими и измененными водой пород с первых 1–2 миллиарда лет Марса, которые составляют образцы В настоящее время собирается настойчивым ровером », — заключают авторы.
Эта гипотеза поднимает вопросы о обитаемости Марса в прошлом. Согласно нашему пониманию, колебания между теплыми, влажными, холодными и сухими позициями является значительным барьером для жизни и развития. Но это выходит за рамки этой статьи.
