Оказывается, Марс является не только Красной, но еще и дышащей планетой. Недавно ученые выяснили, что в его почвах постоянно происходит процесс температурной транспирации, в результате которого молекулы атмосферных газов постоянно проходят через этот слой от более холодных мест к более теплым. Этот процесс может сокращать запасы подземного льда.
Это исследование началось с того, что группа ученых, которой руководила Каролин де Бель из Университета Дуйсбурга — Эссена (Германия), исследуя то, как ведет себя пыль на поверхности Красной планеты, обнаружила один весьма удивительный факт. Поднятые солнечным нагревом марсианские пылинки достаточно быстро оседали обратно на поверхность планеты — и это при том, что сила тяжести на Марсе в несколько раз меньше земной. Но почему же подобное происходит? Ученые решили выяснить, в чем тут дело.
Исходную гипотезу ведущий автор исследования доктор де Бель сформулировала так: "Мы посчитали, что все дело в потоке газа, идущего в почву и, что важнее, через нее. Именно он и увлекает за собой пылинки, которые, в силу отсутствия тепловой конвекции в марсианской атмосфере, не могут ему сопротивляться". Сразу нужно заметить, что почвой в данном случае ученые называют совсем не ту субстанцию, что носит подобное название на нашей планете. Земная почва — это смесь разлагающихся останков живых организмов с мелким обломочным материалом, а на Марсе почва лишена органического компонента и состоит только из мелких обломков твердых пород.
Исследователи углубились в расчеты и выяснили, что, оказываться, в пористую марсианскую почву достаточно свободно проникают атмосферные газы, и прежде всего — углекислый, который является основой воздушной оболочки Красной планеты. Поскольку атмосферное давление на Марсе составляет всего один процент от земного, то в разреженной газовой оболочке молекула СО2 в среднем свободно пробегает десять микрометров. Но вот что интересно — диаметр пылевых частиц и пор марсианской почвы также равен почти десяти микрометрам. Получается, что свободный пробег молекулы атмосферы и пылевой частицы примерно сопоставим.
Ну, а в таких условиях вполне возможно возникновение эффекта температурной транспирации — процесса, когда газ движется в одном направлении без какой бы то ни было разницы давлений. Более того, движущийся газ сам создает при этом так называемую термомолекулярную разницу давлений. Для того чтобы такая транспирация началась, нужно лишь наличие перепада температур между холодной стороной поры и теплой — и тогда газ пойдет от первой к второй.
Ну, а то, что такой перепад имеет место быть на Красной планете, — уже давно известный факт. Дело в том, что в тени поверхность Красной планеты всегда холоднее и, следовательно, именно там молекулы атмосферных газов и могут поглощаться почвой. Перемещаясь внутри нее по системе пор и внутренних каналов, они постепенно доходят до тех районов, в которых почва нагрета прямыми солнечными лучами — а вот тут уже эти "путешественники" выходят на поверхность. По мнению ученых из группы де Бель, к таким "странствиям" склонны молекулы не только марсианского углекислого газа, но и имеющегося там водяного пара.
После того как все расчеты были завершены, исследователи захотели проверить их экспериментально. Для этого они несколько раз сбросили с достаточно высокой башни сосуды с базальтовой пылью, создавая тем самым микрогравитацию, предварительно снизив давление в замкнутом цилиндре до четырех миллибар (именно таково давление у поверхности Марса). В полете эта пыль разогревалась лазерным лучом красного цвета — таким образом создавался температурный градиент, который поднимал пыль вверх со скоростью до десяти сантиметров в секунду, а затем частицы начинали опускаться со скоростью одни сантиметр в секунду.
Такое поведение пылинок в точности совпадало с таковым марсианских газовых потоков, которое удалось вычислить при помощи компьютерной модели. В то же время доктор де Бель говорит о том, что, скорее всего, в реальности температурный градиент на Марсе должен быть ниже. Но в то же время даже с учетом этого фактора скорость движения частиц пыли благодаря температурной транспирации должна достигать примерно 1,6 сантиметра в секунду, что не намного превышает таковую в эксперименте.
В заключении статьи, опубликованной в журнале Nature Physics, авторы работы делают одно интересное предположение. Они считают, что в подобный процесс температурной транспирации может быть вовлечен и марсианский подземный лед, который находится под поверхностью Красной планеты. Благодаря этой транспирации водяной пар, испускаемый льдом, должен периодически переноситься к поверхности и возвращаться назад, причем в последнем случае он может погружаться на глубину около метра.
Кстати, если подобное действительно происходит, то получается, что раз подземные залежи льда теряют значительную часть своей воды в результате этого процесса и, тем не менее, все еще существуют, это значит либо то, что они не могут существовать в нынешнем виде слишком долго, либо — что их первоначальные запасы были куда большими, чем считалось. А это лишний раз доказывает, что в более древние времена на Марсе было достаточно много жидкой воды. Иначе откуда было взяться таким большим ледяным подземным резервуарам?
Исследователи также предположили, что если на Марсе когда-то и существовала жизнь, то условия для нее в местной почве были много лучше, чем на Земле, где перенос газов и водяного пара вглубь не поддерживается температурной транспирацией (этому препятствует высокая плотность газов в атмосфере нашей планеты). Исходя из этого, следует допустить, что степень развития почвенной биоты там тоже могла быть заметно выше, чем на Земле. Ну, а раз так, то, возможно, роверам, исследующим поверхность Красной планеты, нужно поискать следы живых организмов именно там…