Модель разрешила жидкий рассол на Марсе лишь на несколько часов в год

Математическая модель показала, что на поверхности Марса в жидком состоянии может оставаться лишь крепкий рассол — в только в течение нескольких часов в году при подходящих условиях. Ранее исследователи предполагали, что в глубоких кратерах или под слоем пыли могут быть условия, подходящие для появления жидкой воды, без которой немыслимо существование жизни. Работа опубликована в The Astrophysical Journal.

Чистый водяной лед на Земле в обычных условиях превращается в жидкость при нуле градусов по Цельсию. Но замерзший углекислый газ — сухой лед — при тех же условиях не образует жидкой фазы, а сублимирует сразу в газ. Для образования жидкости ему необходимо давление, во много раз превышающее атмосферное. В аналогичной ситуации находится водяной лед на Марсе — при давлении примерно в сто раз меньшем, чем на Земле, он также не может расплавиться.

Несмотря на это, ученые высказывали гипотезы, что при некоторых условиях на Марсе все же может образовываться жидкая вода. Как и на Земле, на нем сезонно образуется лед, что зафиксировали еще аппараты программы «Викинг». В случае быстрого нагрева льда Солнцем он может успеть достичь температуры плавления быстрее, чем израсходуется в результате сублимации, то есть вопрос появления жидкого льда решается соотношением скоростей двух процессов.

Проблема в том, что влаги Марса хватает лишь на формирование тонкой изморози, толщина которой не превышает 200 нанометров, а по большей части не достигает и 20. Учитывая это, наиболее подходящие места для вероятного образования воды — неровный ландшафт с сезонной тенью, где зимой скапливается больше льда, чем на открытой местности, а с исчезновением тени летом нагрев идет быстрее. Помимо этого, на соотношение скоростей нагрева влияет запыленность. Пыль, с одной стороны, делает поверхность темнее и способствует повышению температуры, с другой — замедляет истечение газа при сублимации.

Чтобы поставить в вопросе точку, Норберт Шоргхофер (Norbert Schorghofer) из американского Института планетологии построил математическую модель, в которой учел все существенные факторы — нагрев от Солнца, теплопроводность грунта и льда, конвекцию и охлаждение через излучение. В этой модели особое внимание уделяется видимому горизонту для каждой поверхности, поскольку горизонт влияет не только на продолжительность и интенсивность солнечного освещения. Кроме этого, нагреваемая солнцем поверхность охлаждается через инфракрасное излучение, но в то же время и нагревается от излучения других поверхностей неподалеку.

Для всех возможных на Марсе условий модель дает однозначный ответ: ни одна конфигурация ландшафта, никакой слой пыли не способен задержать потери воды достаточно сильно, чтобы она успела прогреться до нуля градусов Цельсия. Чтобы это произошло, скорость сублимации должна быть уменьшена примерно в 20 раз, так что на итоговый ответ не повлияет даже небольшая погрешность в расчетах.

Однако, отмечает автор, модель допускает нагрев льда теплее температуры в минус девять градусов Цельсия. Соль понижает температуру замерзания воды, и поэтому при одновременном выполнении трех благоприятствующих условий (ледовый слой окажется достаточно толстым, покроется темной пылью и будет лежать на грунте с высокой соленостью) теоретически возможно образование небольшого объема рассола, который все равно испарится спустя несколько часов.

Вопрос о наличии жидкой воды на поверхности Марса актуализировался после обнаружения в 2015 году на спутниковых снимках структур, похожих на следы потоков. В дальнейшем было высказано предположение, что это потоки не жидкости, а песка, но жидкость могла участвовать в их зарождении. Новое исследование, результаты которого допускают существование лишь незначительных объемов воды в течение краткого промежутка времени, говорит скорее в пользу второй теории.

Василий Зайцев