Откуда на Марсе кислород?

Когда инструменты марсохода NASA Curiosity, находящегося на Красной планете с 6 августа 2012 года, зафиксировали в разреженной атмосфере присутствие молекулярного кислорода (O2), это стало неожиданностью.

Сегодня известно, что на кислород приходится всего около 0,13–0,16% от объема марсианской атмосферы, состоящей на 95% из углекислого газа (CO2). Это ничтожно мало по земным меркам, но факт его присутствия заслуживает особого внимания.

Итак, откуда на холодной и сухой планете, где нет ни растений, ни водорослей, ни каких-либо других организмов*, способных к фотосинтезу, взялся O2, запасы которого пополняются?

*По сей день никаких убедительных доказательств существования жизни на Марсе нет. Поэтому исходим из этого факта.

Фотохимия атмосферы

Исследования показывают, что основным источником кислорода на Марсе являются фотохимические процессы, протекающие в верхних слоях атмосферы. Под действием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы CO2 и небольшого количества водяного пара (H2O) распадаются, высвобождая атомы кислорода. Часть этих атомов ненадолго объединяется в молекулы O2, которые после череды фотохимических реакций снова оказываются связанными в составе CO2.

Данная модель прекрасно объясняет присутствие кислорода в марсианской атмосфере. На этом можно было бы и закончить статью, но...

Загадочные сезонные колебания

В 2019 году Curiosity, продолжая свою работу в кратере Гейла, обнаружил, что колебания уровня кислорода в атмосфере демонстрируют более сильную сезонную зависимость, чем предсказывает фотохимическая модель. Так, в весенне-летний период уровень O2 возрастает почти на 30%, а осенью и зимой возвращается к исходным значениям.

В попытках объяснить эту аномалию ученые выдвинули две гипотезы:

Роль марсианского грунта

Марсианский реголит насыщен перхлоратами — солями, содержащими кислород в связанном виде. Лабораторные эксперименты вкупе с моделированием показывают, что под воздействием радиации такие соединения могут разлагаться, высвобождая реакционноспособные кислородсодержащие продукты, включая молекулярный кислород.

Пока доподлинно неизвестно, может ли этот механизм полностью объяснить наблюдаемую сезонность, но на роль потенциального источника "дополнительного" кислорода он определенно подходит.

Подповерхностная вода и радиолиз

Вторая гипотеза связана с залежами подповерхностного льда и возможным наличием карманов с рассолами — локальных скоплений воды с очень высокой концентрацией растворенных солей, что позволяет ей оставаться жидкой даже при очень низких температурах.

Учитывая, что Марс лишен надежной магнитосферы и плотной атмосферы, поверхности достигает большое количество космической радиации, которая, проникая в грунт, способна расщеплять молекулы воды — процесс, известный как радиолиз. В результате образуются кислородсодержащие соединения, способные вносить вклад в наблюдаемую сезонную изменчивость кислорода в атмосфере Марса.

Однако прямых доказательств того, что именно этот процесс заметно влияет на сезонное содержание O2 в атмосфере Марса, пока нет.

Может быть, это жизнь?

Несмотря на то, что традиционно кислород считается одним из лучших биомаркеров, на Марсе его концентрации крайне малы, чтобы приписывать ему биологическое происхождение. То, что было зафиксировано, без проблем укладывается в "абиогенные рамки" — фотохимия, поверхностная и радиационная химия.

Поэтому интерес ученых вызывает не сам факт присутствия O2, а его необычное поведение. Понимание этого механизма позволит лучше понять химические процессы, происходящие на Красной планете сегодня. Следовательно, это поможет уточнить оценки того, насколько Марс вообще мог быть пригоден для жизни в прошлом.

В конце концов, поиски возможных следов марсианской жизни должны начинаться с понимания того, располагала ли когда-нибудь планета-соседка условиями, подходящими для ее зарождения. И пока однозначного ответа нет.

Северный полюс Сатурна

На снимках - шестиугольное ураганное образование. Размер этого гексагона в поперечнике составляет 25 000 километров, а сам вихрь уходит вглубь атмосферы до 300 километров

Почему ядро Земли не расплавило планету?

К сожалению, мы никогда не достигали ядра Земли (и, скорее всего, никогда не достигнем), но мы многое знаем о его строении, так как располагаем замечательной наукой под названием сейсмология, а также данными гравиметрии, геомагнетизма, геохимии и лабораторных экспериментов при экстремальных давлениях.

Помимо этого, часть важных знаний о внутреннем устройстве нашей планеты мы получили благодаря подповерхностным ядерным испытаниям в период Холодной войны, которые снабдили ученых "спровоцированными" сейсмическими сигналами.

Сегодня мы можем с уверенностью сказать, что внешнее ядро Земли расплавлено, а внутреннее — твердое. Кроме того, исходя из наших знаний о распространенности химических элементов во Вселенной и о том, что с ними происходит при определенных условиях, мы знаем, что ядро состоит преимущественно из железа, которое находится под гигантским давлением.

Имеющиеся данные указывают на то, что температура земного ядра составляет примерно 6 000 градусов (тут и далее температура в градусах Цельсия), что делает его даже горячее солнечной поверхности (около 5 500 градусов). От поверхности Земли ядро отделяют порядка 3 000 километров — если бы наше светило оказалось так близко, оно тут же бы испепелило планету.

Почему же тогда более горячее ядро Земли за 4,6 миллиарда лет не расплавило ни планету, ни ее обитателей?

Ядро изолировано от поверхности огромной толщей мантии, состоящей в основном из твердых горячих горных пород, которые "текут" (мантийная конвекция) со скоростью в несколько сантиметров в год.

Несмотря на огромную температуру ядра, тепло из глубин поднимается к поверхности крайне неэффективно, так как породы плохо проводят его, а перенос за счет медленной мантийной конвекции занимает колоссальное время. Поэтому в данном случае важна не только температура ядра, но и то, сколько тепловой энергии может быть передано наружу и с какой скоростью.

В результате до поверхности доходит слишком маленький "поток" тепловой энергии, чтобы прогреть всю планету до температур плавления: Земля просто медленно теряет тепло (оно уходит в космос), а не "закипает" изнутри. При этом мантия не "плавится снизу" так, чтобы расплав постепенно поднимался все выше. В глубине давление повышает температуру плавления пород, поэтому даже при высоких температурах нижняя мантия в основном остается твердой. А там, где расплав все же появляется, он обычно не накапливается: поднимаясь, он попадает в более холодные области и частично кристаллизуется. В итоге в недрах Земли не существует "роста" океана расплава снизу вверх — возникают лишь отдельные зоны частичного плавления.

Искра бенгальского огня может иметь температуру в 1 500 градусов, но если она случайно попадет в вас, то вы, скорее всего, даже не почувствуете этого. А вот погружение в ванну с кипятком (каких-то 100 градусов) стало бы фатальным для большинства обитателей Земли, потому что у воды большая масса и теплоемкость — она успевает передать много энергии.

Тот же принцип и с Землей: "печка" спрятана очень глубоко, и тепло наружу просачивается постепенно — через конвекцию в мантии и теплопроводность пород. Поэтому планета не плавится, а медленно остывает.

Сегодня исполнилось 96 лет с открытия Плутона

По случаю юбилея держите несколько красивых снимков Плутона от миссии New Horizons.

Фото демонстрируют его главные достопримечательности. Тут и знаменитое «сердце» — гигантская азотная равнина, по которой дрейфуют «айсберги», состоящие из водяного льда. И ледяные горы, на вершинах которых лежат шапки из метанового снега. И участки «зазубренной» поверхности, покрытые огромными ледяными иглами. И окружающая Плутон углевородная дымка, которая имеет голубой цвет.

Нашлось место и Харону — крупнейшему спутнику Плутона. По его экватору тянется огромная система разломов. По одной из версии это свидетельство агонии его подповерхностного океана, который замерз, что привело к расширению Харона и растрескиванию его коры.

Юпитер.

В Солнечной системе не только Сатурн обладает системой колец. Их имеют все газовые гиганты нашей системы и даже несколько других объектов (например, астероид Харикло).

Впервые кольца у Юпитера были обнаружены в 1979 году, когда мимо планеты пролетел "Вояджер-1". Однако он только нашёл их и до конца 20 века их состав и происхождение оставались большой загадкой. Ситуацию прояснил "Галилео", который работал на орбите гиганта с 1995 по 2003 год. С помощью собранных им данным удалось выяснить, что кольца сформировались при падении астероидов на спутники Юпитера.

Кстати, этот снимок был как раз сделан "Галилео". В момент съёмки аппарат находился за планетой, из-за чего произошло затмение и Юпитер закрыл собой Солнце. Именно тогда и получилось сделать настолько чёткий снимок колец Юпитера.

Венера

Этот снимок Венеры был сделан космическим аппаратом Akatsuki японского космического агентства JAXA

Юпитер.

Живая картина, созданная бурями и временем

Меркурий и его натриевый хвост

Солнечный ветер и микрометеориты выбивают с поверхности натрий, который уносится и образует тонкую натриевую тянущуюся оболочку — "хвост" длиной до 24 миллионов километров. Видимый свет этого газа слаб, поэтому его удается зафиксировать лишь при съемке с натриевым фильтром, выделяющим характерное свечение.

Юпитер.

Снимок сделан станцией Juno с расстояния около 13 600 километров от Юпитера.

Автограф Сатурна

Удивительные струйные структуры в верхнем облачном покрове Сатурна, снятые автоматической межпланетной станцией Cassini

Скорость течения вещества здесь может приближаться к 500 м/с, хотя до рекордов нептунианских ветров Сатурну, конечно, далеко.