Вперше вчені вловили ключову рушійну силу, що призводить до ерозії атмосфери Марса. Знадобилося понад дев’ять років супутникових даних, але команда під керівництвом планетолога Шеннон Каррі з Університету Колорадо в Боулдері нарешті виявила безпомилкові ознаки атмосферного розпилення. За словами дослідників, це ключова частина головоломки того, як Марс втратив і атмосферу, і воду.
«Ці результати є суттєвим кроком до спостережного встановлення ролі розпилення у втраті атмосфери Марса», — пише команда у своїй статті, — «і, отже, до визначення історії води та її наслідків для придатності для життя з часом».
Вважається, що атмосферне розпилення є одним з домінуючих механізмів втрати атмосфери на ранній стадії Сонячної системи, коли Сонце було яскравішим та активнішим. Воно відбувається, коли іони прискорюються електричним полем сонячного вітру в атмосферу тіла, такого як Марс, яке не захищене глобальним магнітним полем. Ефект трохи схожий на падіння метеорита на планету: енергія передається навколишньому нейтральному середовищу, здіймаючи його у вигляді бризок. Але для розпилення деякі атмосферні атоми та молекули отримують достатньо енергії, щоб досягти швидкості втечі, і вони злітають у космос, відправляючись у нову пригоду.
На Марсі цей процес важко спостерігати. Це вимагає одночасного спостереження за викинутими нейтральними атомами та або іонами, що врізалися в атмосферу, або електричним полем, яке їх прискорило. Це також вимагає одночасних денних та нічних спостережень за Марсом, глибоко в його атмосфері.
Єдиним космічним апаратом з обладнанням та орбітальною конфігурацією для проведення цих спостережень є MAVEN від NASA. Дослідники ретельно вивчили дані, зібрані космічним апаратом з моменту його прибуття на орбіту Марса у вересні 2014 року, прагнучи знайти одночасні спостереження сонячного електричного поля та кількості аргону у верхніх шарах атмосфери – однієї з розпилених частинок, що використовується як трасер для цього явища. Вони виявили, що на висоті понад 350 кілометрів (217 миль) щільність аргону змінюється залежно від орієнтації електричного поля сонячного вітру, порівняно з щільністю аргону на нижчих висотах, яка залишається постійною.
Результати показали, що легші ізотопи аргону змінюються, залишаючи надлишок важкого аргону – цю розбіжність найкраще пояснюється активним розпиленням. Це підтверджується спостереженнями сонячної бурі, потоки якої досягли Марса в січні 2016 року. Протягом цього часу ознаки розпилення стали значно вираженішими. Це не лише підтверджує висновок команди про те, що зміни щільності аргону на великих марсіанських висотах є результатом розпилення, але й демонструє, якими могли бути умови мільярди років тому, коли Сонце було молодшим і бурхливішим, зазнаючи частішої штормової активності.
«Ми виявили, що атмосферне розпилення сьогодні більш ніж у чотири рази вище, ніж попередні прогнози, і що сонячна буря може суттєво збільшити потужність розпилення», – пишуть дослідники. «Наші результати підтверджують, що розпилення відбувається на сучасному Марсі і могло бути основним шляхом витоку атмосфери на Марсі на ранніх етапах нашої Сонячної системи, коли сонячна активність та екстремальна інтенсивність ультрафіолетового випромінювання були набагато вищими». Результати були опубліковані в журналі Science Advances .