Атмосфера на Марсе могла сформироваться таким образом, который противоречит современным теориям, говорят исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе, США. Команда сделала этот вывод благодаря новому анализу метеорита Шассиньи, который упал на Землю на северо-востоке Франции в 1815 году и, как полагают, представляет собой марсианские недра.
Современные теории формирования планет предполагают, что твердые планеты, такие как Земля и Марс, получили летучие химические элементы, такие как водород, углерод, кислород, азот и благородные газы, такие как криптон, из туманности, окружающей их родительскую звезду, на ранних стадиях их формирования.
Первоначально эти элементы растворялись (технически «впитывались») в мантии планет, которая на тот момент существовала в виде океана расплавленной породы или магмы на поверхности. Позже, когда океан магмы кристаллизовался, океан «дегазировал» эти летучие вещества, полученные из солнечной туманности, обратно в атмосферу, где они постепенно рассеялись в космосе. Наконец, на еще более позднем этапе метеориты, называемые хондритами, доставили дополнительные летучие вещества, врезавшись в молодые планеты.
«Поэтому ожидается, что внутренняя часть планет будет в основном состоять из солнечных летучих веществ или смеси солнечных и хондритовых летучих веществ. С другой стороны, летучие вещества в атмосфере будут поступать в основном из метеоритов», — объясняет руководитель исследовательской группы. Сандрин Перон.
Марсианский интерьер содержит хондритовый криптон
Этот прогноз, однако, не согласуется с выводами группы, основанными на измерениях изотопов криптона в образцах метеорита Шасиньи. Поскольку соотношение изотопов криптона в криптоне из солнечной туманности и криптоне из хондрита различно, анализ соотношения изотопов позволил исследователям определить, как Шасиньи — и, соответственно, недра Марса — получили свой криптон.
«Наше исследование показывает, что недра Марса содержат хондритовый криптон, который контрастирует с [солнечным криптоном] атмосферным составом», — говорит Перон. Физика Мир. «Поэтому текущий сценарий больше не работает».
Точные измерения изотопов
Прежде чем они смогли выполнить свои измерения, исследователи сначала должны были устранить третий источник криптона. По словам Перона, Шасиньи провел в космосе 11 миллионов лет, прежде чем упал на Землю. За это время он подвергся воздействию космического излучения, которое может генерировать криптон и другие благородные газы из других элементов в результате реакций расщепления.
Чтобы удалить этот так называемый «космогенный» криптон из образца, исследователи поэтапно нагревали метеорит примерно от 200 до 1500 °C. Этот метод ступенчатого нагрева работает, потому что космогенный и марсианский криптон высвобождаются при разных температурах.
Другой важной частью аналитической процедуры было отделение криптона от других благородных газов, присутствующих в метеорите. Исследователи сделали это, анализируя инертные газы один за другим с помощью масс-спектрометрии. «Поскольку мы хотим избежать проблем с помехами, нам нужна почти чистая криптоновая фаза (без аргона и ксенона) в масс-спектрометре», — объясняет Перон. «Чтобы добиться чистого отделения криптона от аргона и ксенона, мы разработали новый протокол разделения в Калифорнийском университете в Дэвисе, включающий новую криогенную ловушку».
По словам Перона, этот протокол в сочетании со ступенчатым нагревом позволил команде получить точные изотопные измерения криптона метеорита Шасиньи.
Метеориты доставили летучие элементы гораздо раньше
Тот факт, что изотопы криптона в Шасиньи соответствуют изотопам, обнаруженным в хондритовых метеоритах, а не в солнечной туманности, означает, что хондриты доставляли летучие элементы на молодой Марс намного раньше, чем считалось ранее, в то время как солнечная туманность все еще существовала. «Солнечные летучие вещества в атмосфере не могут образоваться в результате дегазации мантии, как предполагалось ранее, но, вероятно, были захвачены солнечной туманностью до того, как туманность рассеялась (примерно через 10 млн лет после рождения Солнечной системы) и после аккреции большей части Марса», — Перон. говорит. «Это переворачивает существующее мышление.
Моделирование показывает, что столкновение с астероидом уничтожит свидетельства существования реликтовых береговых линий на Марсе.
«Сложным аспектом является то, как сохранить эти солнечные летучие вещества в атмосфере, поскольку они должны были быть потеряны из-за излучения, исходящего от раннего Солнца», — продолжает она. «Возможный сценарий заключается в том, что после аккреции Марс был холодным, и часть солнечных газов оказалась в ловушке под землей или в полярных ледяных шапках».
Исследователи надеются, что их работа послужит мотивацией для дальнейших исследований того, как формируются планетарные атмосферы, в частности марсианская. Со своей стороны, они планируют лучше охарактеризовать состав марсианской мантии, чтобы определить, неоднородна ли она. «Другой аспект — лучше понять, где возникла марсианская атмосфера и как она развивалась, принимая во внимание ограничения нашего исследования», — говорит Перон. «Это будет включать определение условий, позволяющих удерживать солнечный криптон и ксенон на поверхности планеты».
Исследование подробно описано в Наука.
