Марс всегда был мал, чтобы удержать его океаны, реки и озера

Новое исследование предполагает, что Марс был обречен на высыхание из-за своего небольшого размера. Благодаря наблюдениям роботов-исследователей, таких как марсоходы НАСА Curiosity и Perseverance, ученые знают, что в древнем прошлом жидкая вода текла по поверхности Марса: на Красной планете когда-то были озера, реки и ручьи и, возможно, даже огромный океан, который покрыл большую часть его северного полушария.

Но эта поверхностная вода почти полностью исчезла примерно 3,5 миллиарда лет назад, потеряна в космосе вместе с большей частью марсианской атмосферы. По мнению ученых, этот резкий климатический сдвиг произошел после того, как Красная планета потеряла свое глобальное магнитное поле, которое защищало воздух Марса от уноса заряженными частицами, исходящими от Солнца.

Но в основе этой непосредственной причины лежала более фундаментальная причина, согласно новому исследованию: Марс слишком мал, чтобы удерживать поверхностную воду в течение длительного времени. «Судьба Марса была решена с самого начала», — говорится в заявлении соавтора исследования Кун Ван, доцента кафедры Земли и планетных наук Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

«Вероятно, существует порог требований к размеру скалистых планет, чтобы удерживать достаточно воды, чтобы обеспечить обитаемость и тектонику плит». Ученые считают, что этот порог больше, чем у Марса. Исследовательская группа во главе с Чжэнь Тянем, аспирантом лаборатории Вана, изучила 20 марсианских метеоритов, которые они выбрали как репрезентативные для основного состава Красной планеты.

Исследователи измерили содержание различных изотопов калия в этих внеземных породах, возраст которых варьировался от 200 миллионов до четырех миллиардов лет. (Изотопы — это версии элемента, которые содержат разное количество нейтронов в своих атомных ядрах.) Тиан и ее коллеги использовали калий, известный под химическим символом K, в качестве индикатора для более «летучих» элементов и соединений, таких как вода, которая переходит в газовую фазу при относительно низких температурах.

Они обнаружили, что Марс потерял значительно больше летучих веществ во время своего формирования, чем Земля, которая примерно в девять раз массивнее, чем Красная планета. Но Марс удерживал свои летучие вещества лучше, чем Луна Земли и астероид Веста шириной 329 миль (530 километров), которые намного меньше и суше, чем Красная планета.

«Причина гораздо более низкого содержания летучих элементов и их соединений на дифференцированных планетах, чем в примитивных недифференцированных метеоритах, была давним вопросом», — заявила соавтор исследования Катарина Лоддерс, профессор исследований Земли и планетных наук Вашингтонского университета. утверждение. («Дифференцированный» относится к космическому телу, внутренняя часть которого разделена на разные слои, такие как кора, мантия и ядро.)

«Обнаружение корреляции изотопного состава K с гравитацией планеты — новое открытие с важными количественными значениями для определения того, когда и как дифференцированные планеты получали и теряли свои летучие вещества», — сказал Лоддерс.

Новое исследование, которое было опубликовано в Интернете сегодня (20 сентября) в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, и предыдущая совместная работа предполагают, что малый размер — двойной удар для обитаемости. Планеты Бантам теряют много воды во время формирования, и их глобальные магнитные поля также отключаются относительно рано, что приводит к истончению атмосферы. (Напротив, глобальное магнитное поле Земли все еще сильное, питаемое динамо-машиной глубоко внутри нашей планеты.)

По словам членов команды, новая работа также может найти применение за пределами нашего собственного космического двора. «В этом исследовании подчеркивается, что существует очень ограниченный диапазон размеров планет, чтобы иметь достаточно воды, но не слишком много для развития пригодной для жизни поверхностной среды», — соавтор Клаус Мезгер из Центра космоса и обитаемости при Бернском университете. Швейцария, говорится в том же заявлении.

«Эти результаты помогут астрономам в поисках пригодных для жизни экзопланет в других солнечных системах». Этот отказ от ответственности за «поверхностную среду» важен при любом обсуждении жизнеспособности. Ученые считают, что современный Марс, например, по-прежнему поддерживает потенциально жизнеобеспечивающие подземные водоносные горизонты.

А такие спутники, как Европа Юпитера и Энцелад Сатурна, содержат огромные, возможно, поддерживающие жизнь океаны под своими покрытыми льдом поверхностями.