4.3. MRO: вода на Марсе

Наличие воды на Марсе давно не является секретом. Уже сейчас примерно оценены запасы водяного льда на полюсах, обнаружены ледники в средних широтах; известно, что даже в экваториальном грунте «Красной планеты» концентрация воды местами достигает десятой части от массы грунта. Однако в своем большинстве данные о содержании воды на Марсе получены при помощи радаров или нейтронных спектрометров. А, собственно, посмотреть на марсианский лед удается редко. И вот в 2017 году подобная встреча, наконец, произошла: орбитальный телескоп HiRise на борту Mars Reconnaissance Orbiter сумел заснять залежи льда на склонах оврагов в средних широтах, и ученые впервые смогли взглянуть на марсианские ледники в профиль.

Полярные льды Марса астрономы рассмотрели еще в XIX веке – это одни из самых заметных деталей его поверхности. Правда, в прежние века астрономии считалось, что полюса Красной планеты покрывает исключительно замерзшая вода. Пока оптические средства были недостаточно высокого качества, многие пробелы в знаниях о Марсе приходилось закрывать земными аналогиями и оптимистическими ожиданиями. Именно из таких ожиданий выросла иллюзия марсианских каналов, которая продержалась до самого начала космической эры. Астрономы могли спорить о происхождении каналов: искусственном или естественном, но большинство не сомневалось в их существовании.

Mars Reconnaissance Orbiter

Крест на судьбе марсианских каналов поставил зонд NASA Mariner-4, который в 1964 году впервые сделал снимки достаточного качества поверхности планеты с близкого расстояния. Открывшиеся исследователям пейзажи разрушили все надежды на «землеподобность» Марса. В 1973 году советский орбитальный аппарат «Марс-5» передал первые цветные снимки – это были фотографии рыжей безводной и безжизненной пустыни.

В 1976 посадочные аппараты Viking-1 и 2 взяли пробы грунта и определили содержание в нем воды – не более 3 %. К тому времени было уже известно, что сезонная изменчивость полярных льдов и рост полярных шапок в зимнее время определяется не водяным, а «сухим» углекислотным льдом. И только не изменяющиеся с течением года белые пятна на полюсах – это второй слой льда, уже водяной.

Viking Lander

Повторное открытие марсианской воды началось в 2002 году с выводом на рабочую орбиту у четвертой планеты спутника NASA Mars Odyssey. Составной частью его прибора Gamma Ray Spectrometer был российский нейтронный спектрометр HEND. Регистрируя скорость нейтронов, вылетающих из грунта Марса под ударами космических частиц, HEND определял концентрацию водорода, который замедляет нейтроны. Водород в свободной форме содержаться в грунте Марса не может, поэтому его обнаружение в грунте позволило бы предположить там наличие воды или водяного льда. К 2007 году была построена полная карта распределения воды в приповерхностном слое глубиной до 1 метра: к сожалению, глубже методом нейтронной спектроскопии не заглянуть. Данные даже о неглубоком распределении воды оказались неожиданными для многих – вода нашлась, и, местами, в избытке.

Согласно данным HEND, концентрация воды в приповерхностном слое у экватора составила около 5 % и постоянно возрастала к полюсам, достигая 90 %. В 2008 году результаты орбитального зондирования подтвердились уже с поверхности, посадочным модулем Phoenix. Аппарат сел на высокой 68-й широте северного полушария планеты. Копнув грунт, Phoenix нашел замерзшую воду всего в нескольких сантиметрах от поверхности.

В 2006-м на спутник NASA MRO добавили радар SHARAD, а в 2007-м – радар MARSIS на европейский спутник Mars Express. Они получили возможность «просвечивать» недра Марса на глубины до 3 километров и не только обнаружили слои льда под поверхностью, но и измерили мощность полярных шапок. Оказалось, Южный полюс Марса прикрыт 3,5 километрами водяного льда, а Северный – 1,7 километра. Если растопить эту воду, то океан зальет всю планету на 21 метр в глубину (если не учитывать рельеф и перепады высот). И это не предел: когда-то воды на ныне «иссохшем» Марсе было в 6,5 раз больше.

На MRO установлена самая «дальнобойная» камера, которая когда-либо добиралась до Марса. Телескоп HiRise обеспечивает съемку поверхности с разрешением до 25 см с высоты 250 километров, так чтобы с его помощью можно было разглядеть «обитателей» планеты – спускаемые аппараты и марсоходы. На его снимках удалось найти спускаемый аппарат «Марса-3», смог HiRise и больше рассказать о марсианской воде. Наблюдение за обрывистыми краями полярных шапок дало возможность изучить их слоистую структуру и увидеть настоящую внеземную лавину.

Оказалось, что подобные процессы и сегодня не замерли в тонкой марсианской атмосфере, и изменениям подвержен не только углекислотный лед, но и водяной.

Еще более интересные результаты дало наблюдение за средними широтами. На Марс продолжают падать метеориты, и свежие кратеры в пустынных, казалось бы, равнинах, обнажают залегающий под поверхностью лед.

Если бы Viking-1 смог копнуть на полметра глубже, он нашел бы целый пласт льда. Радарное зондирование в широтах 40–60° показало обширные залежи льда на глубинах до 1 километра. По некоторым оценкам эти запасы составляют до 5 % от объема полярных шапок. Особенно обширные запасы льда наблюдаются восточнее долины Эллада, в районе кратера Грэг.

Любопытно происхождение этих залежей. Анализ характера отложений льда в полярных шапках привел исследователей к гипотезе, что Марс неоднократно менял наклон своей оси, на 40° отклоняясь от нынешних 25°. В какие-то периоды Северный полюс Марса оказывался развернут прямо к солнцу, что приводило к его активному испарению. Следствием становилось повышение плотности атмосферы планеты, пылевые бури и сильные снегопады. Климатологи применили земную климатическую модель к подобному сценарию марсианской жизни и получили данные о выпадении обильных снегов к востоку от Эллады.

Наконец в 2018 году научная команда, работающая с данными HiRise, опубликовала результат прямых наблюдений залежей марсианского льда в средних широтах. Внимательный анализ снимков HiRise позволил ученым обнаружить несколько обрывов, в склонах которых отчетливо просматриваются белые и голубоватые слои льда.

Дополнительная проверка гиперспектральным прибором CRISM на том же аппарате MRO подтвердила наличие воды. Наблюдаемые залежи льда начинаются с глубины примерно в 1 м и достигают толщины 130 м. Они чередуются с прослойками грунта, видимо, принесенного во время сезонных пылевых бурь. Большинство из обнаруженных ледяных склонов нашлось к востоку от Эллады.

Исследование этих слоев может больше рассказать о климатической истории Марса. Кроме того, теперь ясно, что будущим покорителям «Красной планеты» не придется добывать воду по примеру героя фантастического фильма «Марсианин» – из ракетного топлива. На местности хватит ведра и лопаты, и воду можно будет использовать как раз для производства топлива и возвращения домой. Правда, средние широты не лучшее место для посадки – слишком холодно.

Серия снимков с разницей в три марсианских года позволила увидеть некоторые изменения в облике обрывов. Видимо, как и в случае с полярными ледниками: процессы таяния продолжаются, и склоны медленно эволюционируют.

Что еще интереснее, все эти замерзшие отложения возникли не миллиарды лет назад, а совсем недавно по геологическим меркам. Если шире взглянуть на некогда заснеженные, а сейчас присыпанные песком и пылью просторы, то можно поразиться их девственной чистоте – метеоритных кратеров почти нет.

Это значит, что период бурной марсианской атмосферы и метелей планетного масштаба закончился совсем недавно. По современным оценкам, приповерхностные ледниковые отложения в средних широтах Марса сформировались около 10–20 миллионов лет назад, для жизни планеты – это даже не вчера, а минуту назад. Остается надеяться, что подобное произойдет и в будущем, ведь плотная атмосфера значительно упростила бы процесс колонизации.

Глава первоначально подготовлена для научно-популярного портала «Чердак», и опубликована под названием «Марсианские льды показались в профиль».

Страница: