Марс всегда манил исследователей своим загадочным прошлым. Когда-то, миллиарды лет назад, эта планета была покрыта реками и, возможно, морями, обладая мягким климатом, который кардинально отличается от современной холодной и сухой марсианской пустыни. Сопоставляя геологические данные, ученые давно пытались понять: что же изменилось на Марсе так радикально?
Роль углекислого газа в климате Марса и других планет
Внутренние планеты Солнечной системы — Земля, Венера и Марс — управляются во многом одним и тем же компонентом: углекислым газом. Это основной регулятор климата, устойчивый к низким температурам и обладающий способностью поглощать инфракрасное излучение, создавая парниковый эффект и прогревая поверхность. Однако Марс сегодня страдает от дефицита этого газа в атмосфере, в результате чего его поверхность промерзла до состояния вечной зимы.
Парадокс заключается в том, что древний Марс был намного теплее — настолько, что вода могла существовать в жидкой форме. Логично предположить, что тогда атмосфера была густой, насыщенной углеродом, создавая свечу жизни для ручьев и озер. Почему же Марс остыл?
Новая гипотеза: куда исчез углекислый газ на Марсе
Ранее одной из главных версий считалась потеря атмосферы вследствие слабого магнитного поля Марса. Без магнитного щита планета якобы не смогла удержать атмосферу: солнечные ветры сдули большую часть углекислого газа в космос. Однако последующие исследования опровергли эту теорию. Дело в том, что при таком развитии событий в атмосфере остался бы избыток тяжелых изотопов углерода, а наблюдения этого не подтверждают.
Благодаря марсоходу Curiosity появилась впечатляющая альтернатива: в кратере Гейл ученые обнаружили массивные залежи карбонатов — минералов, «замыкающих» углерод в недрах планеты. Анализируя слои карбонатов и распространяя эти данные на всю поверхность, специалисты пришли к выводу, что древний Марс пережил масштабную «ловушку» для СО2. Можно сказать, что его богатую и плотную атмосферу буквально вмуровали в каменные пласты.
Как формируются карбонаты и почему они важны
Карбонаты, например, кальцит (CaCO₃), образуются, когда вода, насыщенная углекислым газом, сталкивается с породами, богатыми кальцием. На Земле этот процесс сопровождается выпадением осадков и образованием известняков и других минеральных накоплений. Важно, что растворение этих минералов возможно только в условиях более кислой среды или под большим давлением. На Марсе в древности температура, по всей вероятности, была такой, что карбонаты активно образовывались, но не растворялись, а значит, углекислый газ односторонне связывался в минеральной форме и не возвращался обратно в атмосферу.
Именно этим объясняется сценарий, при котором Марс постепенно утратил свой климатический баланс. Основное количество углекислого газа покинуло атмосферу не через «утечки» в космос, а оказалось заблокированным в недрах планеты — своего рода «карбоновым затвором», который, по расчетам ученых, мог бы захватить СО2 в десятки раз больше, чем осталось в атмосфере сейчас. Без этого процесса Марс мог бы быть на многие градусы теплее и сохранять потенциально обитаемые условия гораздо дольше.
Парниковый эффект и роль азота в истории Марса
Любопытно, что, несмотря на всю логичность «карбонатной» гипотезы, она не объясняет еще одну загадку Марса — почти полное отсутствие атмосферного азота. Для сравнения, на Земле азот — это 78 процентов объема воздушной среды. Хотя сам по себе азот не является парниковым газом, его присутствие способствует удержанию тепла в атмосфере, влияя на свойства углекислого газа. Без достаточного количества азота даже высокая концентрация СО2 была бы менее эффективна при поддержании тепла.
Исследования Curiosity показали, что в марсианском грунте часто встречаются нитраты — соединения, являющиеся минеральным следом атмосферного азота. Некоторые образцы грунта содержат нитраты в концентрации более тысячи частей на миллион, что указывает: марсианский азот тоже оказался «заперт» в твердых породах, а не свободно курсирует в разреженной атмосфере.
Прошлое Марса — ключ к будущим возможностям
Раскрытие механизма улавливания парниковых газов открывает широчайшие перспективы для будущих программ освоения Марса. Не случайно интерес к этим процессам проявляет компания SpaceXИлона Маска, которая строит свои планы по терраформированию Красной планеты именно исходя из этих наблюдений. Если значительные объемы углерода и азота все еще «спят» в марсианской почве, достаточно даже умеренного повышения температуры для того, чтобы запустить цепную реакцию высвобождения газов.
В более теплых условиях карбонаты начинают разлагаться, выпуская углекислый газ, а нитраты возвращают азот в атмосферу. В результате плотность атмосферы увеличивается, усиливается парниковый эффект, и климат медленно, но уверенно движется к переходу в более мягкое и потенциально пригодное для жизни состояние. Согласно некоторым расчетам, если такие процессы развернуться в полную силу, средняя температура на планете может дойти до вполне «земных» +15 °C!
Мечты о терраформировании: оптимизм ученых и технологов
Идея о том, что современные технологические и научные достижения дадут возможность превратить суровый Марс в гостеприимный мир, уже не выглядит фантастикой. Благодаря миссиям таких аппаратов, как Curiosity, человечество все ближе к пониманию, какие ресурсы и процессы можно задействовать для изменения климата планеты. Илона Маска и энтузиастов по освоению космоса воодушевляет перспектива, что Марс когда-то вновь сможет обрести мягкий климат — теперь уже с помощью разума и инженерии землян.
Дискуссии о причинах древнего марсианского «ледникового периода» сегодня приобретают не только научное, но и практическое значение. Вызовы терраформирования требуют точной оценки запасов углерода и азота, а также способов их мобилизации из почвы в атмосферу. Интрига марсианской истории подсказывает: на планете действительно есть запасы, способные в будущем поддержать новый цикл тепла и влажности.
Марс остается загадкой, но шаг за шагом ученые, инженеры и мечтатели, вдохновленные успехами Curiosity и проектами NASA и SpaceX, все ближе к ее разгадыванию. Кто знает, возможно, следующее поколение людей будет свидетелями того, как холодная пустыня вновь расцветет под солнечными лучами.
