Кирилл Кондратьев - «Викинги» на Марсе

Полученная ранее оценка суммарного выделения водяного пара на Марсе за счет дегазации твердой оболочки, найденная по данным о диссипации водорода, который является продуктом фотодиссоциации водяного пара, привела к значению порядка 10 2г/см 2. Аналогичные вычисления для углекислого газа дали 60±20 г/см 2. За последние годы были высказаны предположения, что марсианский реголит и северная полярная шапка могут оказаться гигантскими стоками водяного пара и углекислого газа. Расчеты показывают, что реголит мог адсорбировать до 10 3г/см 2водяного пара и может содержать до 400 г/см 2углекислого газа, а в северной полярной шапке может быть «погребено» до 10 3г/см 2СО 2. Все эти оценки указывают на то, что поверхностные слои твердой оболочки Марса могут содержать больше водяного пара и углекислого газа, чем выделилось в результате дегазации за всю историю планеты [34].

С учетом данных о высоком (28%) содержании аргона в марсианской атмосфере Леови [63] показал, что дегазация водяного пара и углекислого газа на протяжении эволюции Марса была на два порядка величины более интенсивной, чем предполагалось ранее. Если принять относящиеся к Земле значения отношений дегазации для различных компонентов, то оказывается, что на протяжении истории Марса в процессе дегазации выделилось около 10 5г/см 2водяного пара (эта величина примерно в 10 8раз превосходит современное содержание водяного пара в атмосфере Марса), 10 4г/см 2углекислого газа (это в 10 3раз превосходит современное содержание) и 450 г/см 2азота.

Возможно, что основная часть азота, выделившегося в процессе дегазации, оказалась затем химически связанной в марсианском реголите. Следует предполагать, что реголит содержит большое количество таких летучих компонент как водяной пар, углекислый газ, водород, нитраты, нитриты или нитриды. Таблица 9 характеризует предполагаемую модель содержания водяного пара и углекислого газа на Марсе, составленную Левиным [63] по данным различных авторов.

На основе анализа состава летучих компонент земной коры, метеоритов, а также состава атмосферы Венеры, Луны и Земли Оуэн [91] получил оценки состава продуктов дегазации твердой оболочки Марса. Обнаружение по данным АМС «Марс-6» большого количества аргона в марсианской атмосфере допускает три вероятных интерпретации. Первая состоит в предположении, что на Марсе имел место такой же уровень дегазации твердой оболочки, что и на Земле. Поэтому возможен один из вариантов сильной дегазации, которому соответствуют большие количества «погребенных» или исчезнувших углекислого газа, водяного пара и азота.

Другая интерпретация состоит в том, что на Марсе произошла дегазация, подобная лунной, и за ранней потерей летучих компонентов последовало постепенное высвобождение радиогенных газов. В таком случае общее содержание 40Аr не может служить надежным индикатором общего содержания летучих компонентов, поскольку химически активные газы могли иметь другие происхождение и историю.

Третья интерпретация исходит из некорректности данных «Марса-6» и предположения, что действительное содержание аргона в атмосфере Марса значительно меньше. Все это свидетельствует о крайней неполноте существующих представлений об эволюции марсианской атмосферы и необходимости дальнейших исследований содержания инертных газов. Противоречивые данные АМС «Марс-6» и «Викинг-1, -2» являются наглядным подтверждением этого вывода.

В связи с проблемой эволюции атмосферы Марса Хюгенин [49] привлек внимание к тому, что происходящая на Марсе окислительная эрозия, которая стимулируется фотодиссоциацией, необратимо удаляет из атмосферы кислород и водород со скоростью от 10 8до 10 11молекул/(см 2·с), что соответствует суммарной потере водяного пара от 10 25до 10 28молекул/см 2(10 2— 10 5г/см 2), если предполагать неизменность скорости этого процесса в геологическом прошлом. Дополнительное количество Н 2О удаляется в результате гидратации Fe 2O 3и глинистых минералов, но эти потери обратимы. Углекислый газ необратимо удаляется из атмосферы при образовании СаСО 3со скоростью 10 7—10 10молекул/(см 2·с), что эквивалентно суммарной потере 10 24— 10 27молекул/см 2(10–10 4г/см 2).

Ранее предполагалось, что основным стоком для летучих компонентов является диссипация через атмосферу, обусловливающая потери всего лишь 10 2г/см 2водяного пара и 10 0г/см 2углекислого газа за период геологического прошлого планеты. Недавнее обнаружение по данным СА «Марс-6» значительного количества аргона в атмосфере Марса допускает возможность того, что потери водяного пара и углекислого газа могли достичь 10 5и 10 4г/см 2соответственно. Если количество водяного пара и углекислого газа, удаляемые за счет стимулируемой фотодиссоциацией окислительной эрозии, близки к упомянутым верхним пределам, возможно, что химическая эрозия оказывала главное влияние как фактор, ограничивающий поступление водяного пара и углекислого газа при аккумуляции их реголитом и полярными шапками.

В рамках научной программы АМС «Викинг» предприняты четыре вида измерений, имеющих важное значение с точки зрения решения остающейся открытой проблемы баланса летучих компонент на Марсе [33]. Это измерения температуры в зонах полярных шапок, содержания водяного пара, атмосферного давления и масс-спектрометрические измерения концентрации различных изотопов. Согласно имеющимся данным температура в зонах полярных шапок слишком высока, чтобы существовала возможность постоянного наличия твердой углекислоты. В связи с этим было показано, что допустимо наличие постоянных полярных шапок из льдообразного соединения — водного клатрата углекислоты СО 2·6Н 2О, вариации содержания которого могут регулировать атмосферное давление.

Если с орбитальных аппаратов АМС «Викинг» удастся осуществить регистрацию температуры полярных зон в течение целого марсианского года, это откроет возможность решить вопрос о том, состоят ли полярные шапки из клатрата, чисто льда или чистой твердой углекислоты. Для решения этой задачи важны также данные о содержании водяного пара в атмосфере.

Поскольку ранее были высказаны соображения о возможности объяснения наблюдаемых вариаций давления как обусловленных изменениями количества углекислого газа, адсорбированного реголитом, существенную роль должны сыграть измерения давления с орбитальных и спускаемых аппаратов. Масс-спектрометры, установленные на СА, позволят определить изотопный состав атмосферы, почвы и, возможно, отложений инея на поверхности. Если действительно существует резервуар связанного углекислого газа (адсорбция его реголитом), следует ожидать пониженного содержания изотопов 13С, 18О и 2Н в атмосферном водяном паре и углекислом газе.