Прибор, разработанный российскими учеными, перевернул представления о количестве воды на Красной планете

Интрига стоила интереса, который она вызвала. Сотрудники НАСА объявили, что марсоход «Спирит» обнаружил на Марсе следы воды. Вывод из этой информации мог сделать любой изучавший биологию в средней школе: если есть вода, значит, с большой вероятностью есть и жизнь.

С тех прошло 7 лет. Озер, рек или морей на Красной планете найти не удалось, хотя обнаружилось немало следов текшей когда-то по ее поверхности воды. Постепенно в массовом сознании Марс стал возвращаться к тому облику, который был у него в 70-е годы: сухой безжизненный мир, манящий призрачной надеждой найти там если не братьев по разуму или их следы, то, по крайней мере, хоть какие-то простейшие формы жизни.

И вот буквально неделю назад научный мир потрясла новость: в верхних слоях атмосферы Марса обнаружена вода. Данные были получены с помощью российского прибора – спектрометра ближнего инфракрасного диапазона, изготовленного в Институте космических исследований (ИКИ) РАН. Это устройство входило в состав другого прибора под названием SPICAM (Spectroscopic Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars), что переводится, как «Спектроскоп для исследования особенностей атмосферы Марса». SPICAM установлен на европейском космическом аппарате «Марс Экспресс», который вращается вокруг Красной планеты с декабря 2003 года.

Так что же все-таки там нашли?

Выяснилось, что атмосфера Марса содержит в сотни раз больше воды, чем раньше считалось. Это открытие противоречит общепринятой гипотезе о том, что в чрезвычайно разреженной атмосфере планеты на таких высотах вода не может существовать в перенасыщенном состоянии. Оказалось, что может.

«Наши наблюдения показывают, что в перенасыщенном состоянии может находиться в десятки, а то и сотни раз больше водяного пара, чем ранее предполагалось», – сказал в интервью Space.com Франк Монмессен, сотрудник расположенной французской Лаборатории изучения атмосферы. Полученные результаты заставляют уточнить модели циркуляции воды на Марсе, а также историю того, каким образом в прошлом Марс потерял свою воду.

«До настоящего времени практически не существовало представительных экспериментальных данных, по которым можно было бы оценить, на какой высоте и в каком количестве вода содержится в марсианской атмосфере, – сказал в интервью Русской службе «Голоса Америки» доктор физико-математических наук Олег Кораблев, руководитель отдела исследований планет и малых тел Солнечной системы ИКИ. – Модели марсианского климата в основном опирались на предположении, что в чрезвычайно разреженной атмосфере планеты вода на определенных высотах не может существовать в перенасыщенном состоянии».

«Термин “перенасыщенное состояние” означает, что количество водяного пара, которое находится в определенном объеме атмосферных газов, превышает нормальное для данной температуры, – пояснила в интервью «Голосу Америки» доктор физико-математических наук Анна Федорова, старший научный сотрудник лаборатории планетной спектроскопии ИКИ. – Предполагалось, что в атмосфере Марса в случае перенасыщения “лишняя” вода мгновенно кристаллизуется. Как следствие, считалось, что на высоте менее 25 километров (так называемая “гигропауза”) водяной пар присутствует в атмосфере в обычном состоянии, а выше данной отметки его содержание резко падает. Экспериментально эту границу наблюдали с помощью приборов на космическом аппарате Фобос-2 (СССР) еще в 1989 г., однако те наблюдения охватывали только небольшой участок атмосферы и представляли данные менее чем за один марсианский месяц».

По данным прибора SPICAM, на высоте от 20 до 50 км содержание водяного пара в атмосфере Марса может превышать величину в 20 частиц на миллион в объеме, что значительно выше, чем предполагалось в существующих моделях (около 1 частицы на миллион). При этом прибор зарегистрировал большое количество воды выше гигропаузы. Более того, в результате дальнейшего анализа данных оказалось, что водяной пар в состоянии перенасыщения наблюдается практически во всем Северном полушарии ― по крайней мере, в то время, когда проводились наблюдения. В Южном полушарии планеты такое состояние наблюдается только у самого полюса.

Отчего же возникает состояние перенасыщения на Марсе? Это можно объяснить малым давлением марсианской атмосферы, которое препятствует конденсации воды, или отсутствием пылевых частиц, которые могли бы стать центрами конденсации. Последнее предположение подтверждается одновременными измерениями аэрозолей в атмосфере Марса, которые также проводил SPICAM.

Так вот, куда она «убегает»

«Это открытие значительно влияет на понимание того, каким образом происходил круговорот воды на Марсе в последний миллиард лет, – продолжал Кораблев. – Во время весны и лета в Северном полушарии водяной пар вместе с воздухом поднимается в верхние слои атмосферы, где охлаждается и конденсируется на аэрозолях, формируя облака.

Этот процесс имеет два следствия. Во-первых, в районе экватора формируется облачный слой (“пояс”), который препятствует переносу водяного пара из северного полушария в южное. Во-вторых, так как большая часть аэрозолей уже “осела”» в облаках, то атмосфера на севере остается сравнительно чистой. В результате, условия в северном полушарии благоприятствуют накоплению воды в атмосфере до состояния перенасыщения».

«Состояние перенасыщения также исключительно благоприятно для процессов “убегания” воды из атмосферы Марса, – добавила Федорова, – “Убегание” происходит в результате распадения молекул воды на ионы водорода и кислорода под действием солнечного света. Чем больше водяного пара выше гигропаузы, тем больше молекул распадается и пополняет самые верхние слои атмосферы ― экзосферу, откуда уже может уйти в космос. Этот процесс чрезвычайно важен для понимания того, как Марс в ходе своей истории терял воду».

Плохие новости, хорошие новости

Начнем с первых. Итак, вода с Марса «убегает» и, возможно, наступит момент, когда она совсем исчезнет с Красной планеты.

А теперь перейдем ко вторым. Главное, это, конечно, значительное (по сравнению с первоначальными оценками) наличие воды на Марсе, что повышает шансы обнаружить там какие-либо формы жизни. Причем, не обязательно на поверхности. Есть предположение о существовании микроорганизмов даже в весьма ядовитых облаках Венеры. И если так, то почему в насыщенной влагой марсианской атмосфере не могут жить простейшие одноклеточные, или, по крайней мере, находиться органические соединения? Не будем забывать, что в газовой среде Марса обнаружен метан, который зачастую является продуктом жизнедеятельности.

Что касается перспектив полной потери Марсом воды, то здесь тоже не все так просто. Существует гипотеза о “наполнении” Земли водой с помощью льда, который заносили на её поверхность падавшие на нашу планету миллиарды лет назад астероиды и кометы. С тех пор “строительного мусора” в Солнечной системе заметно поубавилось, но это не значит, что его уже там полностью не стало.

Таким образом, возможно периодическое пополнение водных запасов Марса с помощью падающих на него астероидов со значительным количеством льда, тем более, что согласно недавним наблюдениям, многие из “небесных булыжников”, находящихся в Поясе астероидов между Марсом и Юпитером, покрыты замерзшей водой. Атмосфера Красной планеты в 160 раз более разряжена, чем земная, а значит, у астероидов больше шансов доставить лед до поверхности Марса, не расплавив его от трения в плотных слоях атмосферы, чем в доисторические времена – до поверхности Земли.

Поскольку, как было установлено, атмосфера Северного полушария более богата водой, возможно имеет смысл сосредоточить усилия по описку следов жизни на Марсе именно там.

А между тем…

Разумеется, пока это всего лишь предположения. Для того, чтобы подтвердить или опровергнуть их, требуется комплексное масштабное исследование Марса, которое может быть проведено лишь в рамках пилотируемой экспедиции на Красную планету. И этот момент может настать значительно раньше, чем планируемая сейчас в США экспедиция к Марсу в середине 2030-х годов.

Основатель и президент компании SpaceX Элон Маск заявил, что его фирма в настоящее время работает над созданием техники, благодаря которой марсианская пилотируемая экспедиция станет возможна уже в течение ближайших 10-20 лет.

Конечно, можно отнестись к словам Маска – основателя и президента этой компании – как к рекламе, нацеленной на привлечение внимания к SpaceX, но... не стоит торопиться со столь категоричным выводом. SpaceX, как известно, одна из тех фирм, на которые НАСА делает главную ставку в разработке и постройке новых пилотируемых кораблей США, поэтому вряд ли Маск стал бы заниматься столь явным прожектерством. Это могло бы привести к тому, что НАСА и Конгресс стали бы несерьезно относиться к этой компании и, как следствие этого SpaceX лишилась бы финансовой и политической поддержки со стороны законодателей и агентства. Так что есть достаточно оснований предположить, что Маск основывает свои весьма смелые планы на реальных расчетах и пилотируемая экспедиция на Марс, или, по крайней мере, к Марсу может быть осуществлена в США уже в начале следующего десятилетия.

Юрий Караш
Голос Америки, 2 октября 2011