Аппарат НАСА Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) обнаружил резкое изменение объёма атмосферы Марса по мере смещения наклона оси планеты. Этот процесс может повлиять на стабильность жидкой воды (в случае её существования на поверхности Марса) и увеличение частоты и силы пылевых бурь.

С помощью «Неглубокого подповерхностного радара» (Shallow Subsurface Radar, SHARAD) зонда исследователи выявили огромное месторождение замороженной двуокиси углерода (сухого льда) на южном полюсе Красной планеты. Учёные подозревают, что значительная часть этого вещества попадает в атмосферу и повышает её массу при увеличении наклона оси Марса.

Месторождение содержит почти 12,5 тыс. км² двуокиси углерода (сопоставимо по объёму с озером Верхним). В атмосфере её всего лишь в 1,25 раза больше. Наличие обвалов, причиной которых становилась сублимация льда, и другие признаки говорят о том, что месторождение находится в фазе рассеивания, ежегодно увеличивая концентрацию углекислого газа в атмосфере. Сегодня его доля составляет около 95% (в более толстой земной атмосфере — менее 0,04%).

«Мы давно знали о существовании этой шапки многолетнего льда из двуокиси углерода, покрывавшей водный лёд, но там оказалось в 30 раз больше сухого льда, чем мы полагали», — отмечает ведущий автор исследования Роджер Филлипс из Юго-Западного исследовательского института (США), заместитель руководителя группы, обслуживающей SHARAD.

Замороженный углекислый газ удалось определить не только по характеристикам отражённых радиоволн, но и в связи с видимыми особенностями сублимации, типичными для сухого льда.

Сегодня соотношение марсианской двуокиси углерода в твёрдом и газообразном состояниях примерно одинаково. Учёные полагают, что иногда она вся оказывается в атмосфере, а иногда — на поверхности. Увеличение атмосферной концентрации углекислого газа должно привести к усилению ветра и пылевых бурь, а также расширению области, в которой вода способна существовать в жидком состоянии. Моделирование показало, что изменение массы атмосферы в несколько раз происходит каждые 100 тыс. лет.

Изменение плотности атмосферы, вызванное увеличением концентрации углекислого газа, также приводит к усилению эффектов, связанных с изменением наклона планеты. Исследователи включили массу месторождения двуокиси углерода в климатическую модель, описывающую период, когда наклон Марса и орбитальные характеристики максимизируют количество солнечного света, попадающего на южный полюс летом. Выяснилось, что в такое время среднегодовое атмосферное давление на планете примерно на 75% выше, чем сегодня.

«Наклон Марса с более толстой углеродной атмосферой вызывает парниковый эффект, в то время как наличие более толстых ледяных шапок охлаждает планету, — подытоживает соавтор исследования Роберт Хаберли из Исследовательского центра НАСА им. Эймса. — Наши расчёты показывают, что полярные шапки охлаждают сильнее, чем парниковый эффект согревает. В отличие от Земли, где толстая и влажная атмосфера создаёт очень сильный парниковый эффект, атмосфера Марса слишком тонка и суха для этого».