Марсианский парадокс. Ледяные облака могли согревать Марс, создавая парниковый эффект

Одну из величайших загадок современной космической науки точно отображает марсоход Perseverance: он находится рядом с дельтой древней реки, но сейчас Марс – это пустынная планета.

Это противоречие озадачивает ученых несколько десятков лет. Ведь когда на Марсе были реки, он получал меньше трети солнечного света, чем мы сегодня на Земле, сообщает Phys.

Но новое исследование, проведенное планетологом Кайтом из Чикагского университета, доцентом геофизических наук и экспертом по климатам других миров, использует компьютерную модель, чтобы выдвинуть многообещающее объяснение: на Марсе могли быть тонкие ледяные, высотные облака, вызывающие парниковый эффект.

"Между нашими доказательствами и нашей способностью объяснить их с точки зрения физики и химии возникает противоречие", — говорит Кайт. "Эта гипотеза имеет большое значение для устранения этих противоречий".

Из множества объяснений, которые ранее выдвигали ученые, ни одно не сработало. Например, некоторые предположили, что столкновение с огромным астероидом могло высвободить достаточно кинетической энергии, чтобы нагреть планету. Но другие расчеты показали, что этот эффект продлится всего год или два, а следы древних рек и озер показывают, что потепление, вероятно, продолжалось по крайней мере сотни лет.

Кайт и его коллеги вернулись к альтернативному объяснению: наличию высотных облаков, похожих на перистые облака на Земле. Даже небольшое количество облаков в атмосфере может значительно повысить температуру планеты – создать парниковый эффект, подобный углекислому газу в атмосфере.

Идея была впервые предложена в 2013 году, но в значительной степени от нее отказались, потому что, по словам Кайт, "утверждалось, что она будет работать только в том случае, если облака будут иметь неправдоподобные свойства". Например, исследования предполагали, что вода должна оставаться в атмосфере в течение длительного времени — намного дольше, чем это обычно бывает на Земле, — поэтому вся идея казалась маловероятной.

Используя трехмерную модель атмосферы всей планеты, Кайт и его команда приступили к работе. Они обнаружили, что недостающим звеном было количество льда на поверхности. Если бы лед покрыл большую часть Марса, это создало бы поверхностную влажность, благоприятную для облаков на малой высоте, которые, как считается, не сильно нагревают планеты (или даже могут их охлаждать, поскольку облака отражают солнечный свет от планеты).

Но если есть только участки льда, например, на полюсах и на вершинах гор, воздух на планете становится намного суше. Эти условия благоприятны для высотных облаков, которые легче нагревают планеты.

Результаты исследований показали, что ученым, возможно, придется отказаться от некоторых важных предположений, основанных на условиях на нашей планете.

"В модели эти облака ведут себя совсем не так, как на Земле", — говорит Кайт. "Построение моделей на основе земных условий просто не сработает, потому что это совсем не похоже на круговорот воды на Земле, который быстро перемещает воду между атмосферой и поверхностью".

Здесь, на Земле, где вода покрывает почти три четверти поверхности, вода движется быстро и неравномерно между океаном, атмосферой и сушей — движется вихрями и водоворотами, что означает, что одни места в основном сухие (Сахара), а другие — залиты водой (Амазонка). Напротив, даже на пике своей обитаемости на поверхности Марса было гораздо меньше воды. Когда водяной пар попадает в атмосферу, в модели Кайта он задерживается.

"Наша модель предполагает, что, как только вода переместилась в атмосферу раннего Марса, она будет оставаться там довольно долго – около года — и это создает условия для долгоживущих высотных облаков", — говорит Кайт.

Марсоход Perseverance должен проверить эту идею несколькими способами, например, путем анализа камней, чтобы реконструировать атмосферное давление на Марсе в прошлом.

По словам ученых, понимание полной истории того, как Марс обретал и терял тепло и атмосферу, может помочь в поисках других пригодных для жизни миров.

"Марс важен, потому что это единственная известная нам планета, которая имела способность поддерживать жизнь — а затем потеряла ее", — говорит Кайт. "Долгосрочная климатическая стабильность Земли удивительна. Мы хотим понять все способы, которыми может нарушиться долгосрочная климатическая стабильность планеты — и все способы, которыми она может быть сохранена".