Ir atrisināts noslēpums par ūdens izzušanu uz Marsa
NASA zinātnieki ar teleskopa Hubla un kosmosa kuģa MAVEN palīdzību ir atrisinājuši ūdens izzušanas noslēpumu uz Marsa. Pētnieki apvienoja abu misiju datus, lai izmērītu ūdeņraža atomu daudzumu un ātrumu, kas izplūst kosmosā. Tas viņiem ļāva ekstrapolēt ātrumu atpakaļ laikā un izprast ūdens vēsturi uz sarkanās planētas.
Ūdens molekulas Marsa atmosfērā saules gaismā sadalās ūdeņraža un skābekļa atomos. Komanda veica ūdeņraža un deitērija, kas ir ūdeņraža atoms ar neitronu kodolā, mērījumus. Šis neitrons dod deitēriju, kura masa ir divreiz lielāka par ūdeņraža masu. Tā kā deitērija masa ir lielāka, tas izplūst kosmosā daudz lēnāk nekā parastais ūdeņradis.
Laika gaitā, kad tika zaudēts vairāk ūdeņraža nekā deitērija, deitērija un ūdeņraža attiecība atmosfērā palielinājās. Šīs attiecības mērījumi mūsdienās zinātniekiem ļauj noskaidrot, cik daudz ūdens bija uz Marsa siltajā un mitrajā periodā. Pētot, kā šie atomi “aizplūst” tagad, ir iespējams izprast procesus, kas noteica “aizplūšanas” ātrumu pēdējo četru miljardu gadu laikā, un tādējādi ekstrapolēt laiku atpakaļ.
Lai gan liela daļa pētījuma datu iegūti no MAVEN kosmiskā aparāta, tas nav piemērots, lai novērotu deitērija emisijas jebkurā Marsa gada laikā. Atšķirībā no Zemes Marss savā eliptiskajā orbītā garās marsiešu ziemas laikā ir nosvērts tālu no Saules, un deitērija emisijas kļūst vājas.
Džonam Klārkam, pētniecības vadītājam no Kosmosa fizikas centra Bostonas Universitātē Masačūsetsā, un viņa komandai bija nepieciešami Hubla teleskopa dati, lai “aizpildītu tukšās vietas” un pabeigtu ikgadējo ciklu trīs Marsa gados (katrs no tiem ir 687 Zemes dienas). “Hubla” teleskops sniedza arī papildu datus, sākot no 1991. gada – līdz MAVEN ieradās uz Marsa 2014. gadā.
Apvienojot šo misiju datus, tika iegūts pirmais holistiskais skats uz ūdeņraža atomiem, kas atstāj Marsu un izplūst kosmosā. “Pēdējos gados zinātnieki ir atklājuši, ka Marsa gada cikls ir daudz dinamiskāks, nekā tika gaidīts pirms 10 vai 15 gadiem. Visa atmosfēra ir ļoti vētraina, sasilstot un atdziestot īsos laika periodos, līdz pat stundām. Atmosfēra izplešas un sarūk, jo Marsa saules spožums Marsa gada laikā mainās par 40 procentiem,” skaidroja Klārks.
Komanda atklāja, ka ūdeņraža un deitērija noplūdes ātrums strauji mainās, kad Marss atrodas tuvu Saulei. Saskaņā ar klasisko priekšstatu, kas zinātniekiem bija iepriekš, tika uzskatīts, ka šie atomi lēni izkliedējas augšup pa atmosfēru līdz augstumam, no kura tie var “aizbēgt”.
Attēli, kuros redzams Marss vistālāk no Saules ultravioletajā starojumā 2017. gada 31. decembrī un tuvāk Saulei 2016. gada 19. decembrī. Atmosfēra ir spilgtāka un izstieptāka, kad Marss atrodas tuvu Saulei. Atstarotā Saules gaisma no Marsa šajos viļņu garumos parāda atmosfēras molekulu un miglas izkliedi. Avots: NASA, ESA, STScI, Džons T. Klārks (Bostonas Universitāte), Džozefs DePaskveils (STScI).
Taču šī aina vairs precīzi neatspoguļo visu stāstu, jo zinātnieki tagad zina, ka atmosfēras apstākļi mainās ļoti ātri. Kad Marss atrodas tuvu Saulei, ūdens molekulas, kas ir ūdeņraža un deitērija avots, ļoti ātri paceļas atmosfērā.
Otrais atklājums ir tāds, ka ūdeņraža un deitērija izmaiņas ir tik straujas, ka to izskaidrošanai ir nepieciešama papildu enerģija “atomu izbēgšanai”. Atmosfēras augšējo slāņu temperatūrā tikai nelielai daļai atomu ir pietiekams ātrums, lai izkļūtu no Marsa gravitācijas. Ātrāki atomi rodas tad, kad atoms saņem papildu enerģiju. Šādi notikumi ir saules vēja protonu sadursmes, kas ietriecas atmosfērā, vai saules gaisma, kas izraisa ķīmiskas reakcijas atmosfēras augšējos slāņos.
Ūdens rašanās vēstures izpēte uz Marsa ir būtiska ne tikai, lai izprastu mūsu Saules sistēmas planētas, bet arī Zemes lieluma planētu attīstību ap citām zvaigznēm. Astronomi atrod arvien vairāk šādu planētu, taču tās ir grūti detalizēti izpētīt.
Avots: Phys
