Ученые нашли достаточно доказательств наличия воды в ранней истории Марса. Но сегодня на поверхности Марса нет жидкой воды. Американские ученые считают, что Марс может быть слишком маленьким, чтобы удерживать большое количество воды.
Проведенные в 1980-е годы исследования Марса с помощью дистанционного зондирования его поверхности и анализ марсианских метеоритов показали, что Марс когда-то был богаче водой, чем Земля. Эти же факты подтвердили недавно марсоходы Curiosity и Perseverance, отправившие на Землю впечатляющие изображения марсианских ландшафтов с речными долинами и паводковыми каналами.
Несмотря на эти свидетельства былого, сейчас на поверхности Марса нет жидкой воды. Ученые предложили множество возможных объяснений этого факта, включая ослабление магнитного поля Марса, которое могло привести к потере атмосферы.
Фундаментальную причину отсутствия в наше время рек и морей на Марсе выдвинули исследователи Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Статья об этом опубликована в Трудах Национальной Американской академии наук (Proceedings of the National Academy of Sciences).
«Судьба Марса была решена с самого начала, – утверждает Кун Ван из Вашингтонского университета, ведущий автор исследования. – Вероятно, существует порог требований к размеру скалистых планет, чтобы удерживать достаточно воды, чтобы обеспечить обитаемость и тектонику плит, с массой, превышающей массу Марса».
Свои выводы ученые получили на основе анализа присутствия, распределения и содержания летучих химических элементов и их соединений на Марсе в сравнении с другими планетами и их спутниками. В качестве индикатора летучих веществ они использовали стабильные изотопы калия.
Напомним, изотопами называют атомы одного и того же химического элемента, которые различаются только количеством нейтронов в его ядре. Количество протонов в ядре изотопов одного химического элемента одинаково.
У всех изотопов калия в ядре содержится 19 протонов. А количество нейтронов в ядре изотопов калия колеблется от 14 до 40 штук. Массовое число любого химического элемента равно сумме количества протонов и нейтронов в его ядре. Поэтому изотоп калия с 19 протонами и 14 нейтронами имеет массовое число 33, его называют калий-33 или 33K. А изотоп 39К имеет 19 протонов и 20 нейтронов в ядре.
Природный калий является смесью трех изотопов – двух стабильных (39К, 41К) и одного нестабильного (40К), который имеет период полураспада 1,25 миллиарда лет.
Ван и его команда изучили состав изотопов калия в образцах, взятых из 20 марсианских метеоритов. И обнаружили, что Марс во время своего формирования потерял больше калия и других летучих веществ, чем Земля, но сохранил их больше, чем Луна и астероид 4-Веста – два гораздо меньших и более сухих тела, чем Земля и Марс. Одновременно исследователи выявили четко выраженную связь между размером тела и изотопным составом калия.
Исследователи назвали обнаружение связи изотопного состава калия с гравитацией планеты новым открытием, которое позволяет определить, когда и как планеты получили и потеряли свои летучие вещества.
«Марсианские метеориты – единственные доступные нам образцы для изучения химического состава основной массы Марса, – объясняет Ван. – Эти марсианские метеориты имеют возраст от нескольких сотен миллионов до 4 миллиардов лет и отражают историю эволюции Марса. Измеряя изотопы умеренно летучих элементов, таких как калий, мы можем сделать вывод о степени истощения летучих веществ на больших планетах и провести сравнения между различными телами Солнечной системы».
Пребывание слишком близко к Солнцу (или, для экзопланет, слишком близко к своей звезде) может повлиять на количество летучих веществ, которое может удерживать планетарное тело. Это измерение расстояния от звезды часто учитывается в индексах «обитаемых зон» вокруг звезд.
Исследователи отмечают, что полученные ими результаты имеют значение для поиска жизни на других планетах, помимо Марса.
«Существует очень ограниченный диапазон размеров планет, чтобы они могли иметь достаточное количество воды для создания на поверхности планеты среды, пригодной для жизни, – говорит Клаус Мецгер из Бернского университета, соавтор исследования. – Эти результаты помогут астрономам в поисках пригодных для жизни экзопланет в других солнечных системах».
Авторы исследования считают, что в поисках потенциально обитаемых экзопланет следует в первую очередь учитывать размер планеты, от которого зависит, может ли экзопланета поддерживать жизнь.
«Размер экзопланеты – один из параметров, который легче всего определить, – подчеркивает Ван. – Основываясь на размере и массе, мы теперь знаем, является ли экзопланета кандидатом на жизнь, потому что определяющим фактором первого порядка для удержания летучих веществ является размер».