Атмосфера на Марсі могла сформуватися таким чином, що суперечить сучасним теоріям, стверджують дослідники з Каліфорнійського університету в Девісі, США. Команда дійшла такого висновку завдяки новому аналізу метеорита Шассіньї, який впав на Землю в північно-східній Франції в 1815 році і, як вважають, представляє надра Марса.
Сучасні теорії формування планет припускають, що кам’янисті планети, такі як Земля та Марс, отримали леткі хімічні елементи, такі як водень, вуглець, кисень, азот і благородні гази, такі як криптон, з туманності, що оточує їхню батьківську зірку, на ранніх стадіях свого формування.
Спочатку ці елементи розчинялися (технічно, вони «поглиналися») у мантії планет, яка на той момент існувала як океан розплавленої породи або магми на поверхні. Пізніше, коли магматичний океан кристалізувався, океан «дегазував» ці отримані з сонячних туманностей летючі речовини назад в атмосферу, де вони поступово розсіювалися в космосі. Нарешті, на ще більш пізньому етапі метеорити, звані хондритами, доставляли додаткові летючі речовини, врізаючись у молоді планети.
«Тому очікується, що внутрішня частина планет буде в основному складатися з сонячних летких речовин або суміші сонячних і хондритових летючих речовин. Летючі речовини в атмосфері, з іншого боку, будуть надходити в основному з метеоритів», – пояснює керівник дослідницької групи. Сандрін Перон.
Всередині Марса міститься хондрит криптон
Це передбачення, однак, не узгоджується з висновками групи, які ґрунтуються на вимірюваннях ізотопів криптону у зразках метеорита Чассіньї. Оскільки співвідношення ізотопів криптону в криптоні походження сонячної туманності та криптоні походження хондриту різне, аналіз співвідношень ізотопів дозволив дослідникам визначити, як Шассіньї – і, відповідно, надра Марса – отримали свій криптон.
«Наше дослідження показує, що надра Марса містять хондритовий криптон, який контрастує з [сонячно-криптоновим] складом атмосфери», — розповідає Перон. Фізика World. «Тому поточний сценарій більше не діє».
Точні вимірювання ізотопів
Перш ніж вони змогли виконати вимірювання, дослідникам спочатку довелося усунути третє джерело криптону. Шассіньї провів 11 мільйонів років у подорожі космосом, перш ніж впасти на Землю – досить довго, каже Перон. Протягом цього часу він був підданий космічному випромінюванню, яке може генерувати криптон та інші благородні гази з інших елементів за допомогою реакцій відколу.
Щоб видалити цей так званий «космогенний» криптон із зразка, дослідники поступово нагрівали метеорит приблизно від 200 до 1500 °C. Цей метод поетапного нагрівання працює, оскільки космогенний і марсіанський криптон вивільняються при різних температурах.
Іншою важливою частиною аналітичної процедури було відділення криптону від інших благородних газів, присутніх у метеориті. Дослідники зробили це, проаналізувавши благородні гази один за одним за допомогою мас-спектрометрії. «Оскільки ми хочемо уникнути проблем із завадами, нам потрібна фаза майже чистого криптону (без аргону та ксенону) у мас-спектрометрі», — пояснює Перон. «Щоб досягти чистого відділення криптону від аргону та ксенону, ми розробили новий протокол розділення в Каліфорнійському університеті в Девісі, використовуючи нову кріогенну пастку».
Цей протокол у поєднанні з поетапним нагріванням дозволив команді отримати точні ізотопні вимірювання криптону метеорита Шассіньї, каже Перон.
Метеорити доставляли летючі елементи набагато раніше
Той факт, що ізотопи криптону в Шассіньї відповідають ізотопам, знайденим у хондритових метеоритах, а не в сонячній туманності, означає, що хондрити доставляли летючі елементи на молодий Марс набагато раніше, ніж вважалося раніше, коли сонячна туманність ще була присутня. «Сонячні леткі речовини в атмосфері не можуть походити від дегазації мантії, як передбачалося раніше, але, ймовірно, були захоплені сонячною туманністю до того, як туманність розсіялася (приблизно через 10 мільйонів років після народження Сонячної системи), і після того, як більша частина Марса акреціювала», — Перон. каже. «Це перевертає поточне мислення.
Симуляції показують, що зіткнення з астероїдом знищило б докази існування реліктових берегів Марса
«Складним аспектом є те, як утримати ці сонячні леткі речовини в атмосфері, оскільки вони повинні були бути втрачені через радіацію, що виходить від раннього Сонця», — продовжує вона. «Можливий сценарій полягає в тому, що Марс був холодним після акреції, і частина сонячних газів потрапила під землю або в полярні крижані шапки».
Дослідники сподіваються, що їх робота спонукає до подальших досліджень того, як утворюється планетарна атмосфера, зокрема атмосфера Марса. Зі свого боку вони планують краще охарактеризувати склад марсіанської мантії, щоб визначити, чи є вона гетерогенною. «Інший аспект полягає в тому, щоб краще зрозуміти, звідки виникла атмосфера Марса і як вона розвивалася, беручи до уваги обмеження нашого дослідження», — говорить Перон. «Це включатиме визначення умов, які дозволяють сонячному криптону і ксенону утримуватися на поверхні планети».
Дослідження детально описано в наука.
