В атмосфере Марса обнаружили «водяной насос»

Водяной пар, поднимающийся на южным полюсом этой планеты, затем движется к северному — это довольно необычная схема циркуляции воды в атмосфере. 

Исследователи из МФТИ и Института исследований Солнечной системы Общества имени Макса Планка смоделировали перемещение водяного пара в верхних слоях атмосферы Марса. Они пришли к выводу, что в газовой оболочке четвертой планеты действует «водяной насос», причем по земным меркам устроен он достаточно необычно.

В последние годы наблюдения с орбиты Марса показали, что в атмосфере этой планеты периодически фиксируется заметное количество водяного пара (хотя его и несопоставимо меньше, чем в земной). Что особенно необычно, водяной пар есть и в тех слоях атмосферы Марса (например, в мезосфере), которые в теории не должны иметь значимых его количеств в силу слишком низких температур, при которых вода превращается в снег и лед и должна опускаться вниз. Большинство попыток моделирования процессов попадания воды в мезосферу Красной планеты до сих пор оставались не слишком удачными. Возник своего рода парадокс: водяной пар высоко в атмосфере реального Марса был, а в атмосфере Марса моделируемого — не был.

В то же время наблюдаемые из космоса колебания в количестве водяного пара в верхних слоях атмосферы (выше ста километров) и в нижних (ниже 11 километров) по времени совпадают, что наводит на мысль о том, что существует какой-то пока неизвестный механизм, «перекачивающий» воду в верхние слои атмосферы. Не исключено, что такой механизм исторически имел большое значение для эволюции атмосферы и гидросферы Марса. В настоящее время водяной пар в верхних слоях местной газовой оболочки интенсивно распадается на водород и кислород, причем затем атомы водорода покидают четвертую планету Солнечной системы (диссипируют в космос).

Авторы новой работы (опубликована в Geophysical Research Letters) использовали общую модель атмосферной циркуляции Института Макса Планка (Max Planck Institute general circulation model (MPI–MGCM) для того, чтобы промоделировать процессы, способные отвечать за переток водяного пара из нижних слоев атмосферы в верхние. Им удалось обнаружить, что основным маршрутом, по которому водяной пар попадает в средние и верхние слои атмосферы Марса, является «окно» в пределах приполярных марсианских широт, но только в южном полушарии этой планеты. Происходит это только в период перигелия, когда расстояние от Марса до Солнца уменьшается до 207 миллионов километров (он приходится на лето в южном полушарии). Когда планета находится в афелии, она удалена от Солнца на 249 миллионов километров и получает в 1,4 раза меньше энергии от светила, поэтому нагрев северного полюса недостаточен для серьезных конвективных процессов, которые могли бы поднять водяные пары высоко в мезосферу.

Дополнительно помогают процессу попадания воды в верхние слои атмосферы в период южного лета и такие факторы, как солнечные приливы (они затрагивают атмосферу Марса, способствуя подъему масс газа в ней вверх) и пылевые бури. При достаточно интенсивном действии пыли на поверхность южной полярной шапки Марса испарение воды с нее заметно возрастает.

Несмотря на локальный характер подъема водяных паров, затем они с ветрами разносятся по всей планете и даже достигают северного полюса, где достаточно охлаждаются для того, чтобы вновь выпасть на поверхность. В то же самое время моделирование авторов работы демонстрирует: такой процесс достаточно серьезен, чтобы отвечать за потерю марсианской атмосферой заметного количества водорода, что ранее частично подтвердилось наблюдениями за газовой оболочкой этой планеты. Подобная потеря водорода может быть одной из главных причин того, что на сегодня на Марсе очень небольшое количество воды на поверхности. В земных условиях вода попадает в верхние слои атмосферы куда менее интенсивно — ее «останавливает» холодная стратосфера, где водяные пары «вымерзают». За счет этого наша планета теряют воду очень медленно в отличие от Марса.