Учёные из Испании и Франции выявили корреляцию между древними изменениями наклона оси Марса (обликвацией) и ускоренной потерей воды. Исследование показало: при наклоне оси на 35° (среднее значение за последние 20 млн лет) скорость утечки водорода из верхних слоёв атмосферы (экзосферы) достигала 1,17 × 1028 атомов в секунду. Это в 40 раз превышает современные показатели (3 × 1026 атомов/с), но объясняет, почему следы древних рек и озёр сохранились на рельефе планеты.
До сих пор астрофизики полагали, что вода медленно поднимается из нижней атмосферы, где разделяется на H2 и O, а затем водород улетучивается. Однако данные миссий MAVEN, Mars Express и наблюдения «Хаббла» указали на более сложный механизм. При глобальных пылевых бурях водяной пар перемещается в экзосферу напрямую, без промежуточных этапов. Это объясняет, почему ультрафиолетовые спектрометры фиксируют резкие колебания концентрации водорода.
Для моделирования процесса команда использовала Mars-Planetary Climate Model (Mars-PCM) — климатическую модель, учитывающую формирование облаков и фотохимические реакции. Улучшенная микрофизика облаков (например, коагуляцию льда) и расширенный набор химических реакций позволили получать результаты, близкие к наблюдениям. Расчёты показали, что при наклоне оси 35° лёд из полярных областей активно переносится в экваториальные регионы, водяной пар поднимается в экзосферу, где ультрафиолет расщепляет воду, а плотные облака льда усиливают обмен теплом между слоями атмосферы, повышая температуру в экзосфере.
Эффект радиации облаков (терминальный процесс излучения энергии) создаёт условия для ускорения утечки лёгкого водорода. В результате годовая потеря воды составила 1,9 × 1035 атомов — в 10 раз больше, чем сейчас. Переведённая в глобальный эквивалентный слой воды (GEL) — условный слой, равномерно распределённый по Марсу — утрата за 4 млрд лет достигла 79 метров. Это соотносится с нижней границей геологических оценок, основанных на анализе речных систем Марса.
Результаты исследования подтверждают, что утечка водорода сыграла ключевую роль в высыхании планеты, но не единственную. Открытый доступ к данным Mars-PCM будет полезен для дальнейших исследований, а новые данные помогут уточнить климатическую модель планеты.