Vědci najdou na Marsu nový periodický vodní cyklus

Umělcova představa o tom, že molekuly vodní páry jsou vypuzovány do vesmíru z Marsu. Vědci našli nový vodní cyklus na planetě, kde vodní páry mohou být transportovány do horní atmosféry a dokonce občas uniknout do vesmíru. Obrázek přes NASA / GSFC / CU / LASP.

Vědci objevili nový typ vodního cyklu na Marsu, což je trochu překvapivé vzhledem k obecně vážnému nedostatku vody na planetě. Podle nové studie stoupá vodní pára z nižší atmosféry do horní atmosféry Marsu a část z ní dokonce uniká do vesmíru, ale to se může stát jen za velmi omezených podmínek. Toto zjištění může také pomoci vysvětlit, jak Mars ztratil většinu svých vodních miliard před lety.

Zajímavé nové výsledky byly zveřejněny v aktuálním čísle recenzovaného časopisu Geofyzikální výzkumné dopisy 16. dubna 2019 vědci z Moskevského ústavu fyziky a technologie (MIPT) a Institutu Maxe Plancka pro výzkum sluneční soustavy (MPS). v Německu.

Počítačové simulace ukázaly, že vodní pára může překvapivě stoupat ze spodní atmosféry a procházet chladnější střední atmosférou do horní atmosféry, ale pouze za určitých okolností. K tomuto jedinečnému pohybu vodní páry dochází asi každé dva roky, v létě na jižní polokouli. Část vodní páry je přenášena větry na severní pól, zatímco zbytek se rozkládá a uniká do vesmíru. Mohlo to být také to, jak Mars ztratil většinu své vodní páry i ve vzdálené minulosti.

Vertikální distribuce vodní páry na Marsu v průběhu jednoho roku Mars, ve 3:00 místního času. Vodní pára může dosáhnout vyšších atmosférických vrstev pouze v létě na jižní polokouli na Marsu. Obrázek přes GPL / Shaposhnikov et al.

Jak tedy může vodní pára procházet studenou bariérou ve střední atmosféře? Vědci si myslí, že v práci existuje dříve neznámý mechanismus, který působí jako pumpa. Střední atmosféra je obvykle velmi chladná, což ztěžuje průchodu vodní páry. Ale dvakrát denně - a pouze v určitém místě a v určitém ročním období - se tato bariéra stává propustnější. V té době se vodní pára může proklouznout prostřední atmosférou a vstoupit do horní atmosféry.

Vodní pára se chladí v horní atmosféře, kde část z nich se dostane na severní pól a znovu klesá dolů. Některé molekuly vody se však v těchto extrémních výškách rozpadají slunečním zářením a unikají do vesmíru.

Oběžná dráha Marsu je klíčovým faktorem fungování tohoto procesu. Jeho dráha je asi dvakrát tak dlouhá jako Země, dva roky a mnohem eliptičtější. Je to léto na jižní polokouli na Marsu, když je planeta nejblíže ke slunci, asi o 26 milionů km blíže než v nejvzdálenějším bodě, a letní teploty na jižní polokouli na Marsu jsou proto výrazně teplejší než letní teploty v jeho severní polokoule. To usnadňuje vodní páry v té době stoupat atmosférou. “Podle Paula Hartogha z MPS:

Když je léto na jižní polokouli, v určitých časech dne může vodní pára lokálně stoupat s teplejšími vzduchovými hmotami a dosáhnout horní atmosféry.

Marsové prachové bouře, jako je ta, kterou viděl orbiter Mars Express v dubnu 2018 v oblasti Utopia Planitia, mohou také odvádět vodní páry výš do atmosféry. Obrázek přes ESA / DLR / FU Berlín.

To v kombinaci s mechanismem čerpadla znamená, že při provádění těchto relativně krátkých okamžiků může vodní pára skutečně stoupat celou cestu atmosférou, dokonce i do vesmíru. S tím však může pomoci i další proces: prachové bouře. Prašné bouře na Marsu mohou být příšery, občas dokonce obklíčit celou planetu. Částice prachu se zahřívají a mohou zvýšit atmosférickou teplotu až o 30 stupňů. Prach může také zvedat vodní páry vysoko do atmosféry, jak poznamenal Alexander Medveděv z MPS:

Množství prachu vířící atmosférou během takové bouře usnadňuje transport vodní páry do vysokých vrstev vzduchu.

Jedna obrovská prachová bouře byla v roce 2007 a vědci vypočítali, že se v horní atmosféře lofuje přibližně dvakrát tolik páry, než by se normálně vyskytlo. Jak vysvětlil Dmitrij Shaposhnikov z MIPT, první autor nové studie:

Náš model s nebývalou přesností ukazuje, jak prach v atmosféře ovlivňuje mikrofyzikální procesy zapojené do přeměny ledu na vodní páru.

Jak Hartogh také komentoval:

Zdá se, že marťanská atmosféra je propustnější pro vodní páru než pro Zemi. Nový objevený sezónní vodní cyklus významně přispívá k pokračující ztrátě vody na Marsu.

Umělcova představa o tom, jak mohl Mars vypadat se starým oceánem na severní polokouli; někteří vědci se domnívají, že tento Mars mohl kdysi existovat. Dnes je Mars suchým studeným světem s ledem na povrchu a pod povrchem, s velmi malou vodní parou v atmosféře. Obrázek přes NASA / GSFC.

Marťanská atmosféra je nyní také tak tenká, že nedokáže zadržet téměř tolik vodní páry, než tomu bylo před několika miliardami let. A i dnes se zdá, že jakákoli pára, která existuje, může občas snadno uniknout do vesmíru. Vědci si také myslí, že Marsova atmosféra byla celkově jednou mnohem silnější, než je tomu nyní, která mohla zadržovat mnohem více vodní páry, jako Země dnes. Déšť, řeky a jezera byly v tomto okamžiku možné a možná i oceán na severní polokouli, jak si někteří vědci myslí. Nyní je to většinou led na povrchu a pod povrchem, s některými důkazy o tekutých vodních jezerech hlouběji dolů a mnohem méně vodní páry. Jak se Mars tolik změnil, bylo pro vědce dávno záhadou, ale nyní díky studiím, jako je tato, se vědci konečně dozvěděli, jak se planeta změnila ze světa podobnějšího Zemi na studenou suchou poušť, kterou dnes vidíme.

Sečteno a podtrženo: Mars nezbývá mnoho vody kromě ledu a nějaké kapalné vody hlouběji dolů, ale v atmosféře stále aktivní vodní cyklus. Tato nová studie nejen ukazuje, jak cyklus funguje, ale může také pomoci vysvětlit, proč Mars v první řadě ztratil většinu své vodní páry - a celkově atmosféry -.

Zdroj: Sezónní vodní čerpadlo v atmosféře Marsu: vertikální transport do termosféry

Prostřednictvím institutu Maxe Plancka pro výzkum sluneční soustavy