Решена старая загадка ледяной шапки южного полюса Марса

Собственно говоря, ледяные массы вообще не должны там собираться и задерживаться, но взаимодействие сразу трех факторов предотвращает их дестабилизацию.

Южный полюс Марса покрыт наложившимися друг на друга многочисленными слоями льда из углекислого газа и воды. Фото: NASA/JPL

Марс - разумеется, помимо Земли - самая изученная планета в нашей Солнечной системе. Уже десятки зондов внимательно исследовали и исследуют Красную планету, как с орбиты и во время облета Марса, так и непосредственно на его поверхности. Советские, американские, европейские и индийские миссии смогли ответить на многие остававшиеся до поры до времени без ответа вопросы, но новые наблюдения привели и к многочисленным новым загадкам. Одна из них связана с огромной, толщиной около километра, шапкой из углекислого газа и водяного льда на южном полюсе Марса. Ученым до сих пор было неясно, например, наблюдается ли там слоистая структура ледяных масс и существует ли у этой шапки связь с СО2 в марсианской атмосфере.

Точная симуляция

Одна из основных гипотез формирования ледяных слоев связана со слегка наклоненной осью вращения Марса, которая склоняется к Солнцу и отклоняется от него в течение года. И вот теперь новое моделирование подкрепило это объяснение. «Когда разрабатываешь модель, то обычно не ожидаешь, что ее результаты настолько приблизятся к наблюдениям», - говорит Питер Бюлер, планетолог из Лаборатории реактивного движения NASA. - «Но толщина слоев, предполагаемая нашей моделью, идеально совпадает с радиолокационными измерениями со спутников».

Когда в южном полушарии Марса господствует лето, его южный полярный ледяной покров сокращается до минимума. Снимок был сделан аппаратом NASA Mars Global Surveyor (апрель 2000 г.). Фото: NASA

Самое же странное в южной полярной шапке - это то, что она просто не должна существовать в таком виде: водяной лед термически более стабилен и темнее по цвету, чем лед CO2, поэтому ученые склонны были ожидать, что лед углекислого газа дестабилизируется при попадании под водяной лед. Но, как стало известно, шапка содержит столько же CO2, сколько вся теперешняя атмосфера Марса.

Три причины, почему ледяная шапка южного полюса существует

Согласно модели Бюлера и его команды, представленной в журнале Nature Astronomy, дестабилизации льда CO2 препятствовали три фактора: изменение наклона Марса при движении вокруг Солнца, различия в принципе, которым оба типа льда отражают солнечный свет и изменение атмосферного давления, когда лед СО2 сублимирует, то есть переходит в газообразное состояние.

Южная полярная шапка Марса в конце зимы. Постоянный ледяной покров в центре окружен сезонным льдом, который постепенно исчезает в последующие месяцы (Mars Global Surveyor, сентябрь 2001 г.). Фото: NASA

«Шатание» оси вращения Марса, так называемая прецессия, влияет на сезонное количество солнечного света, достигающего полюсов, как это происходит и на Земле. При этом в определенные месяцы лед СО2 образуется, а в другие месяцы сублимирует. Со временем меняющийся климат Красной планеты привел к тому, что не каждый раз лед СО2, когда это ему «положено», сублимирует, а вместо этого слои льда СО2 и водяного льда накладываются друг на друга. При этом модели демонстрируют, как этот процесс изменяет атмосферное давление: от четверти до двойного уровня наблюдаемого сейчас марсианского давления.

Старше 500 тысяч лет

По словам ученых, этот процесс наблюдается уже в течение примерно 510 тысяч лет, то есть с момента последней фазы экстремальной солнечной радиации, когда весь лед CO2 испарился в атмосферу Марса. «Наши предположения о колебаниях давления в марсианской атмосфере имеют основополагающее значение для понимания развития марсианского климата», - говорит Бюлер. - «И, конечно же, для понимания былой потенциальной пригодности Марса для жизни».