Как будет выглядеть марс с водой

Мистерия марсианской воды

Вода на Марсе. Сколько копий сломано в спорах на эту тему, сколько книг и статей написано, научных и не очень. Сколько карикатур и демотиваторов нарисовано… Воду на Марсе нашли. Потом еще раз нашли. Потом еще раз… И еще… Даже за 2015 год нашли уже два раза, но все равно, каждый новый раз в СМИ подается как сенсация. Давайте уже разберемся с этой темой.

В процессе изучения Марса, с момента изобретения телескопа, и до сегодняшнего времени, представления о марсианской воде менялись от «вижу моря и океаны», до «нет ни капли воды», и потом снова к «вижу океан».

Примерно вот так могли видеть Марс люди позапрошлого века в самые мощные телескопы:

Белые полярные шапки наводили на мысли о сходстве полюсов Марса и Земли. А темные пятна казались кому-то океанами, а кому-то джунглями. В общем, мирок представлялся довольно похожим на наш, не удивительно, что марсиане плотно прописались в земной художественной культуре на полтора века.

К середине ХХ века методики телескопических наблюдений немного улучшились, к наблюдениям добавилась фотография. Все меньше ученых видело на Марсе каналы, и все больше Красная планета представлялась вымирающей или безжизненной пустыней. Грубые попытки подсчета температуры поверхности давали минусовые показатели вплоть до -100 градусов по Цельсию, но им тогда не хотели верить.

Жирную точку на марсианских морях и лесах поставил космический аппарат Mariner-4, а следом за ним Mariner-9 и «Марс-5».

Стало ясно, что на Марсе нет ни рукотворных каналов, ни следов растительности, ни крупных водоемов. Даже полярные шапки оказались покрыты углекислотным льдом.

Зато нашлись пересохшие речные русла. Находка давала надежды, что вода была хотя бы в прошлом, но порождала вопросы о том где она сейчас. Впрочем, пустынность Марса не помешала сформировать вполне современные и достоверные гипотезы о том, что сезонные изменения полярных шапок зависят от намерзания и испарения углекислоты, а вот летние остатки, которые не меняются год от года на полюсах — это водяной лед.

Об этом написано еще в Большой Советской энциклопедии в 1968 году.

Первые исследования марсианского грунта с поверхности дали отрицательные результаты. Спускаемые аппараты программы NASA Viking в 70-х гг. сели в средних широтах северного полушария Марса, и должны были не только определить наличие микроорганизмов в грунте, но и узнать есть ли в нем вода. Полученные результаты оказались не обнадеживающими, газовый хроматограф аппаратов определил всего 1% влаги.

Следующий этап поиска проходил уже в 90-е. С орбиты спутник Mars Global Surveyor наснимал еще больше свидетельств водного прошлого Марса. Например, классическую речную дельту в кратере Эберсвальде.

Когда-то в кратере было озеро, в которое впадала река. Частички грунта, влекомые течением оседали в озере формируя многослойные отложения. Этот кратер и дельту рассматривают в качестве одного из будущих возможных целей для исследования марсоходами.

В 1997-м году на Марсе сел спускаемый модуль Mars Pathfinder с родоначальником всех марсоходов NASA — Sojourner. Его отправили в местность, которая из космоса выглядела как широкое русло огромной реки, вроде пересохшей Амазонки.

К сожалению многих, на поверхности практически ничего не указывало на воздействие воды. Равнина оказалась усыпана вулканическими валунами и песком. Sojourner смог определить у некоторых камней следы воздействия воды, но совсем уж незначительные.

После первых неудач на марсианскую воду начали полномасштабную охоту. На орбиту запустили спутники NASA Mars Odyssey в 2001 году, и ESA Mars Express. На обоих аппаратах были размещены различные исследовательские средства поиска воды, в том числе и российского производства.

Mars Odyssey оборудовали гамма детектором GRS и детектором нейтронов (HEND от Института космических исследований РАН). Они ловили космическое гамма излучение и нейтроны, отраженные от поверхности Марса. Атомы водорода, содержащиеся в приповерхностных слоях грунта, задерживают нейтроны и испускают гамма-фотоны под ударами космических частиц, что позволяет определять примерное содержание водорода. Поскольку газ там не задержится, то водород может быть только в связанном виде, чаще всего в молекулах воды.

Два прибора позволили составить первые карты предполагаемого распределения воды в грунте Марса.

Оказалось не все так плохо. Вода все-таки есть. Приборы подтверждали друг друга, но воду хотелось увидеть непосредственно, «пощупать» и проанализировать.

Отличить водяной лед от углекислотного на полюсах удалось прибору OMEGA, на спутнике Mars Express. Этот спектрометр смог увидеть поверхностный слой (розовый на снимке) замерзшего СО2, и голубой лед Н2О (синий) в глубоких расщелинах.

К 2005 году Mars Express развернул антенны радара MARSIS, который смог «просвечивать» кору Марса до глубины в несколько километров. Этот радар смог сделать «УЗИ» марсианских полярных шапок и получить их профили «в разрезе».

Благодаря этому исследованию удалось определить, что водяной лед на северной полярной шапке отложился толщиной до 1,7 км, а южной — до 4 км. Углекислотный же лед оказался толщиной всего в несколько метров — до 8 на Южном полюсе. Более того, радар получил данные в нескольких участках, где отражение радиоволн можно интерпретировать, как отражение от жидкого водоема. Т.е. есть остается некоторая надежда найти на Марсе аналог земного подледного антарктического озера Восток. И если кто-то еще надеется найти марсианскую жизнь — это самое подходящее место. Впрочем, пока нет однозначной уверенности, что кто-то обитает и в земном Востоке, поэтому не известно мог ли кто-нибудь выжить в вероятном марсианском.

Тем временем, в 2004 году на Марсе высадилась пара марсоходов: Spirit и Opportunity. Их отправляли туда, где ожидали найти и исследовать участки местности, пережившие значительное воздействие воды.

Opportunity высадили на равнину Меридиана туда, где наблюдалась высокая концентрация гематита. Эта форма железной руды образуется под воздействием грунтовых вод или на дне мелководных озер.

Spirit направили в кратер Гусева, где ожидали найти следы реки, озера или даже морского залива.

По иронии судьбы, Opportunity осуществил практически все первоначальные цели, едва только ступил на поверхность Марса. Он нашел гематит, нашел слоистые отложения, нашел отпечатки кристаллов соли, которые оставались при пересыхании водоема. С поверхности он смог подтвердить то, что и так было понятно — на Марсе когда-то была вода, причем физические условия позволяли оставаться ей жидкой. Т.е. когда-то Марс был теплее, и имел более плотную атмосферу.

Впоследствии ученым пришлось погонять Opportunity по равнине, чтобы найти ему новую подходящую цель для исследования. Такой целью стала глина, которая могла откладываться только в пресной воде. Ранее марсоходу попадались только признаки соленых и кислотных водоемов не очень пригодных к жизни в них.

Глину он тоже нашел. Преодолел марафонскую дистанцию в 42 км и на днях разменял четырехтысячный марсианский день. Работа продолжается.

Spirit прожил короткую, но бурную жизнь. Сначала не нашел никаких признаков деятельности воды на поверхности. Затем, через 5 километров, и благодаря сломанной «ноге» нашел признаки некогда существовавших древних гейзеров. В конце своей карьеры Spirit нашел еще признак пересохшего водоема — кучу соли в яме. Эта соль и стала его могилой.

Продолжение.
В следующей серии вы узнаете много ли воды осталось на Марсе, где ее искать кроме полюсов, и откуда берутся весенние ручьи.

Источник

Триумф или ошибка: как поиски воды на Марсе привели к неожиданному открытию

В 2018 году планетологи обнаружили на Марсе нечто, весьма похожее на огромное озеро жидкой воды. Теперь же исследователи нашли еще десятки подобных объектов. Похоже, что южная полярная шапка Красной планеты буквально усыпана водоемами. Если, конечно, необычный сигнал радара действительно порожден жидкой водой.

Вода в глубине

По мнению многих специалистов, на Марсе когда-то плескался океан, были реки и озера. И по сей день на Марсе хватает воды, но только в виде льда. Дело в том, что сегодня средняя температура поверхности планеты равна минус 63°С. Лишь вблизи экватора она иногда поднимается выше нуля. Тогда содержащийся в грунте лед может растаять. Но не стоить искать на Марсе лужи талой воды: при атмосферном давлении в 0,6% земного влага быстро обращается в пар. На сухой и пыльной поверхности планеты нет и не может быть водной глади.

Но три года назад СМИ взорвались заголовками: на Марсе обнаружено озеро! Правда, не на поверхности, а под полуторакилометровым слоем льда. Гипотетический водоем диаметром около 20 км и глубиной не менее метра был обнаружен вблизи Южного полюса Марса в районе, известном как Ultimi Scopuli.

Марс — самая подходящая планета для поиска внеземной жизни. И обнаружение там жидкой воды — событие, безусловно, волнующее. Но как ученые сделали это открытие и насколько они уверены в своих выводах?

Разумеется, никто не бурил на планете скважину глубиной 1,5 км. Интригующие данные были получены радаром MARSIS с борта Mars Express — искусственного спутника Марса, принадлежащего Европейскому космическому агентству. Этот прибор работает так же, как любой другой радар: посылает к объекту исследования радиоволны и принимает отраженный сигнал.

Южная полярная шапка Марса сложена из водяного льда, углекислого («сухого») льда и минеральной пыли. Радиоволны проникают в нее на некоторую глубину, так что можно строить трехмерную карту ее ледяных недр. Но чем глубже находится тот или иной слой, тем слабее отраженное от него излучение. Это естественно, ведь радиоволны частично поглощаются толщей льда, через которую проходят дважды: по пути от антенны до отражающего слоя и обратно. Поэтому самый ясный и отчетливый сигнал радар получает с поверхности полярной шапки.

Однако авторы нашумевшего исследования обнаружили нечто странное. Сигнал, отраженный от некого объекта на глубине 1,5 км, был интенсивнее, чем с поверхности! Исследователи предположили, что здесь присутствует какое-то вещество, отражающее радиоволны лучше, чем лед. Какое же? Напрашивалась гипотеза, что это жидкая вода. Тем более что подледные озера есть и на Земле. Специалисты посчитали и убедились: отражательная способность воды прекрасно объясняет свойства сигнала.

Жар сомнений

Авторы открытия не претендовали на то, что существование подледного озера — доказанный факт. Они лишь утверждали, что это самая убедительная интерпретация данных. Ученые вообще, как правило, очень осторожны в выводах, и лишь в пересказах СМИ те приобретают сенсационную категоричность.

Между тем «озерная» гипотеза, при всей ее привлекательности, вызывает очевидный вопрос: почему вода не замерзла? Да, подледные водоемы есть в Антарктиде и Арктике, но на полюсах Марса гораздо холоднее. В 2019 году независимая научная группа подсчитала, что даже при самых больших концентрациях природных солей гипотетическое озеро неминуемо замерзло бы без дополнительного источника тепла. Либо это вообще не водоем, заключили ученые, либо его подогревает некая «печка». Таким обогревателем мог бы быть подземный очаг жидкой магмы, вдвое увеличивающий тепловой поток из недр Марса.

Но существуют ли на планете магматические очаги прямо под поверхностью? Подобное открытие стало бы не меньшей сенсацией, чем обнаружение воды. Самые свежие следы вулканизма на Марсе имеют возраст 2,5 млн лет. Правда, совсем недавно ученые зафиксировали на поверхности планеты интригующую деталь, которая может оказаться следами недавнего (50 000–200 000 лет назад) извержения. Но говорить об этом как о факте определенно еще рано.

А в 2020 году исследовательская группа, включающая многих авторов первоначального открытия, сообщила об обнаружении еще нескольких «озер» поблизости от первого. Они были открыты с помощью все того же радара MARSIS. Правда, авторы использовали новые алгоритмы обработки данных, которые обычно применяются для исследования земных ледников.

Этот результат вдохновляет, но и озадачивает. Если это все-таки вода, почему она не замерзает? Неужели подогревающий ее гипотетический очаг магмы так велик, что его хватает на несколько озер, пусть и расположенных близко друг к другу? А если не вода, то что же это?

[[<"fid":"393647","view_mode":"default","fields":<"format":"default","alignment":"","field_file_image_alt_text[und][0][value]":"Цветные точки представляют собой места, где орбитальный аппарат Mars Express ЕКА зафиксировал яркие радарные отражения","field_file_image_title_text[und][0][value]":"ESA / NASA / JPL-Caltech","external_url":"">,»type»:»media»,»field_deltas»:<"3":<"format":"default","alignment":"","field_file_image_alt_text[und][0][value]":"Цветные точки представляют собой места, где орбитальный аппарат Mars Express ЕКА зафиксировал яркие радарные отражения","field_file_image_title_text[und][0][value]":"ESA / NASA / JPL-Caltech","external_url":"">>,»attributes»:<"alt":"Цветные точки представляют собой места, где орбитальный аппарат Mars Express ЕКА зафиксировал яркие радарные отражения","title":"ESA / NASA / JPL-Caltech","class":"media-element file-default","data-delta":"3">>]]
Планета озер?

И вот недавно Адитья Хуллер и Джеффри Плот из Лаборатории реактивного движения НАСА предприняли новое исследование. Они составили трехмерную карту южнополярных слоистых отложений. Этот геологический регион включает и район Ultimi Scopuli, где были обнаружены предполагаемые озера. Эти отложения хранят климатическую историю Марса за миллионы лет, так что у ученых есть причины интересоваться ими и помимо «водного вопроса». Заметим, что ни Хуллер, ни Плот не участвовали в открытии нашумевших «озер».

Дуэт планетологов обработал данные, накопленные прибором MARSIS с 2005 года. За это время Mars Express совершил более 15 000 витков вокруг Марса, и на протяжении более чем 2 000 оборотов радар сканировал упомянутые отложения. Это позволило составить их карту с разрешением 1,5 км по горизонтали и 50 м по глубине.

На свежей карте авторы обнаружили десятки «подледных озер», аналогичных тому, что произвело сенсацию в 2018 году. Оказалось, что они разбросаны по всему району южнополярных слоистых отложений, куда более обширному, чем Ultimi Scopuli, и занимающему 1,6 млн кубических километров льда. Эти результаты были изложены в научной статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.

«Мы не уверены, являются ли эти сигналы [признаками наличия] жидкой воды или нет, но они, по-видимому, гораздо более распространены, чем те, что были обнаружены в исходной статье, — констатирует Плот. — Либо жидкая вода обычна под южным полюсом Марса, либо эти сигналы указывают на что-то еще».

Пока планетологам была известна лишь тесная группа «озер» в районе Ultimi Scopuli, еще можно было предположить, что они согреваются подземным теплом. Но гипотеза, что под южной полярной шапкой Марса разбросаны десятки магматических очагов, выглядит уж слишком смело. При этом многие из «водоемов», обнаруженных Хуллером и Плотом, находятся под менее толстым слоем льда, чем обнаруженное в 2018 году «озеро». Значит, они должны быть еще холоднее, и объяснить наличие в них жидкой воды еще труднее.

Похоже, что мы не знаем о Марсе чего-то важного. Возможно, там по каким-то причинам остается жидкой вода, которой положено замерзнуть. Или же вблизи южного полюса планеты есть что-то еще, что выглядит как вода на радарных изображениях. В таком случае весьма интересно было бы выяснить, что же это такое. Ответить на этот вопрос помогут только новые исследования.

Мнение редакции может не совпадать с позицией автора

Источник