Анализируя данные марсианских орбитальных зондов, в частности, прибора NOMAD аппарата Trace Gas Orbiter, учёным удалось обнаружить новый механизм утечки воды с Красной планеты. Исследование было опубликовано в журнале Communications: Earth & Environment.
Из-за разреженной атмосферы и низких температур вся вода на Марсе сохраняется в виде льда или же подповерхностной вечной мерзлоты. Данные посадочных модулей и орбитальных аппаратов указывают на то, что в прошлом на планете было большое количество жидкой воды; однако до сих пор не удалось выяснить, куда она делась.
Важным фактором для понимания результатов новой работы является наличие у Марса, как и у Земли, четырёх времён года и их различия в Северном и Южном полушарии из-за вытянутой орбиты. Более тёплое лето в Южном означает более высокие температуры, и, как следствие, сильные ветры и запылённость. Северное лето – более прохладное и беспыльное.
Долгое время основным механизмом водных потерь считались глобальные пылевые бури в Южном полушарии. В более тёплый сезон водяной пар хуже конденсируется на низких высотах, и пыль может поднимать его на высоту более 100 километров. Там, под действием фотолиза, вода разрушается на водород и кислород, и водород уходит через экзобазу – область на высотах 140-200 километров, где частицам проще покинуть атмосферу. Но исследователи, опираясь на существующие климатические модели Марса, полагают, что одних таких бурь недостаточно, чтобы объяснить суммарную потерю воды на планете.
В новой работе учёные обнаружили нетипичный всплеск количества водяного пара в Северном полушарии летом 37-го марсианского года (2023 год на Земле). Благодаря спектрометру NOMAD, который регистрирует вертикальное распределение водяного пара в атмосфере, они сравнили данные за три года. По сравнению с 35-м марсианским годом количество водяного пара на высоте в 60 километров оказалось в 17 раз больше. Параллельно зонд Объединённых Арабских Эмиратов Hope зафиксировал увеличение водорода в экзобазе: пар не только поднимался на нетипичные высоты, но и улетучивался из атмосферы со скоростью в 50 раз больше обычной.
Исследователи связали произошедшее с так называемой реактивной пылевой бурей. Это аномальное региональное явление, вызванное глубокой конвекцией: пыль поглощает солнечный свет, быстро нагревает воздух, и тот резко поднимается, унося пыль и водяной пар на большие высоты. Такие штормы достаточно редки, в отличии от постоянных глобальных бурь в Южном полушарии – предыдущий наблюдался в 27-м марсианском году (2005-й на Земле).
Хотя отдельная реактивная пылевая буря может показаться незначительной, на протяжении всей марсианской истории эти явления играют значительную роль. Кроме того, в прошлом наклон оси планеты мог быть более экстремальным, что делало бы такие штормы более частыми. Результат работы показывает, что потеря воды не зависит от сезона и даже локальные бури могут вызвать её интенсивную утечку.