Давно известно, что на Марсе когда-то были океаны, отчасти из-за защитного магнитного поля, похожего на земное. Однако магнитное поле исчезло, и новое исследование, наконец, сможет объяснить, почему это произошло.
Исследователи воссоздали условия, существовавшие в ядре Марса миллиарды лет назад, и обнаружили, что поведение расплавленного металла могло создать кратковременное магнитное поле, которому суждено было исчезнуть.
Будь то научная фантастика или тот факт, что вы можете увидеть его своими глазами с Земли, Марс веками очаровывал воображение людей. Это одна из ближайших к нам планет, и она изучалась с помощью всевозможных научных инструментов на борту различных беспилотных космических аппаратов, которые исследовали планету и продолжают это делать. И все же, есть некоторые большие вопросы о Марсе, которые остаются без ответа — ответы на которые могли бы пролить свет даже на наше далекое прошлое и будущее, учитывая, что Земля, Марс и все соседние планеты были рождены из одной и той же космической материи.
На некоторые важные вопросы о Марсе уже даны ответы. Например, мы знаем, что многие видимые особенности Марса свидетельствуют о том, что когда-то на нем были океаны и защитное магнитное поле. Но конкретный вопрос стоит в голове у профессора кафедры наук о Земле и планетах Токийского университета Кея Хиросе: почему вокруг Марса вообще было магнитное поле, и почему оно просуществовало столь мало? Решив ответить на этот вопрос, команда под руководством аспиранта Шунпей Йокоо из лаборатории Хиросэ исследовала новый способ тестирования чего-то столь далекого от нас как во времени, так и в пространстве.
Магнитное поле Земли управляется невообразимо большими конвекционными потоками расплавленных металлов в ее ядре. Считается, что магнитные поля других планет работают таким же образом, — сказал Хиросе. - Хотя внутренний состав Марса еще не известен, метеоритные данные показывают, что ядро планеты состоит из расплавленного железа, обогащенного серой. Оно большое и менее плотное, чем считалось ранее. Эти вещи предполагают присутствие дополнительных более легких элементов, таких как водород. Мы подготовили сплавы железа, из которых, как мы рассчитываем, состаит ядро, и подвергли их испытанию.
В эксперименте участвовали алмазы, лазеры и неожиданный сюрприз. Йоко испытывает материал, содержащий железо, серу и водород, Fe-SH, из которого он и его команда предполагают, что когда-то состояло ядро Марса. Они помещают этот образец между двумя алмазами и сжимают его, нагревая инфракрасным лазером. Это моделирует ожидаемую температуру и давление в активной зоне. Наблюдения за образцом с помощью рентгеновских и электронных лучей позволили команде представить, что происходит во время плавления под давлением, и даже составить карту того, как за это время меняется состав образца.
Мы были очень удивлены, увидев специфическое поведение, которое могло объяснить многие вещи. Первоначально однородное Fe-SH разделялось на две разные жидкости с уровнем сложности, невиданным при таком давлении, — сказал Хиросе. - Одна из железных жидкостей была богата серой, а другая — водородом, и это ключ к объяснению рождения и возможной гибели магнитного поля вокруг Марса.
Жидкое железо, богатое водородом и с низким содержанием серы, поскольку оно имеет более низкую плотность, будет подниматься над более густым жидким железом, богатым серой и низким содержанием водорода, вызывая конвективные потоки. Эти токи, подобные земным, будут создавать магнитное поле, способное удерживать водород в атмосфере вокруг Марса, что, в свою очередь, позволит воде существовать в виде жидкости. Однако этого не произошло. В отличие от внутренних конвекционных потоков Земли, которые чрезвычайно продолжительны после того, как две жидкости полностью разделились, токов, управляющих магнитным полем, больше не было. И когда это произошло, водород в атмосфере был унесен солнечным ветром в космос, что привело к распаду водяного пара и, в конечном итоге, к испарению марсианских океанов.
Учитывая наши результаты, мы надеемся, что дальнейшие сейсмические исследования Марса подтвердят, что ядро действительно состоит из отдельных слоев, как мы и ожидаем, — сказал Хиросе.
Если доводы планетологов подтвердятся, то это поможет науке завершить истории о том, как формировались твердые планеты, включая Землю, и объяснить их состав. Вы можете подумать, что однажды Земля тоже может потерять свое магнитное поле, но не волнуйтесь — этого не произойдет, по крайней мере в ближайший миллиард лет.
