Марсианский океан тайн: учёные рассказали, как с Красной планеты исчезла вода

Это кратер Королёв недалеко от Северного полюса Красной планеты. Диаметр 81 километр. Внутри, по подсчётам учёных, примерно два триллиона тонн льда, и это именно водяной лёд, а не замёрзший углекислый газ.

Южная полярная шапка Марса гораздо меньше северной — всего 400 километров в ширину. Всё дело в том, что ось планеты немного наклонена (на 25 градусов), а орбита несколько вытянутая. То есть за время облёта вокруг Солнца Марс то приближается к светилу на расстояние 207 миллионов километров (это называется перигелием), то удаляется до 249 миллионов километров (это афелий). Так вот, в перигелии планета "смотрит" на свою звезду южным полушарием. Значит, на юге лето всегда жарче, хотя и короче.

— В 2004 году спектрометр OMEGA на Mars-Express обнаружил, что Южная полярная шапка двухслойная. То есть одновременно в спектрах Марса наблюдались полосы и водяного, и углекислого льда. И это было одно из первых прямых доказательств того, что под сухим льдом находится водяной, — рассказал в интервью Лайфу руководитель лаборатории экспериментальной спектроскопии Института космических исследований РАН Анна Фёдорова.

В 2012–2015 годах окрестности Южного полюса тщательно просканировал прибор на борту зонда Mars-Express — MARSIS. Он посылал на поверхность радиосигналы и фиксировал, как они отражаются. В 2018 году учёные сообщили, что в одном месте, примерно в 500 километрах от полюса, есть участок 20-километровой ширины, который отражает очень подозрительно — совсем не так, как лёд или грунт. Вывод исследователей: на глубине полутора километров прячется озеро. Вода в нём имеет температуру ниже нуля по Цельсию, но она настолько солёная, что не замерзает. Позже в Университете Аризоны предположили, что водоём может подогреваться изнутри за счёт остатков тепла от древней вулканической активности планеты. Этой активности уже миллионы лет как нет, но какие-то очень слабые процессы ещё могут происходить.

То есть мало того, что вода на Марсе есть, — она кое-где даже не замерзает.

А это снимок, сделанный на основе данных межпланетной станции Mars Reconnaissance Orbiter. Здесь разными цветами обозначен лёд, найденный под поверхностью: сиренево-синие оттенки — самые неглубокие залежи, сантиметров 10–20, зелёный и жёлтый цвет — уже до 70 сантиметров, красный — ещё дальше.

По примерным представлениям, на поверхности и в верхнем слое марсианской мерзлоты примерно пять миллионов кубических километров льда. Если всё это растопить и равномерно распределить по поверхности, получится глобальный океан 35-метровой глубины. Это как минимум. Планетологи подозревают, что в глубине льда ещё больше.

И это тем более поразительно, что при ближайшем рассмотрении марсианского рельефа становится ясно, что сохранившиеся запасы воды — лишь жалкие льдинки по сравнению с тем, что было несколько миллиардов лет назад.

Примерно таким. На севере, как предполагают учёные, был океан глубиной до 500 метров, а по площади почти такой же, как наш Северный ледовитый. Атмосфера — возможно, такая же плотная, как на Земле. Летом — до 50 градусов жары по Цельсию.

По мнению учёных, какое-то количество воды было на планете изначально, то есть содержалось уже на этапе её зарождения, но многое было принесено с ледяными или полуледяными метеоритами. Примерно четыре миллиарда лет назад на Марсе шла натурально массированная бомбардировка. Её самые отчётливые последствия наблюдают сейчас на Земле Ноя, это юг планеты. Именно поэтому тот далёкий период в марсианской геологии назвали нойским.

Потом была Гесперийская эра (3–3,8 миллиарда лет назад) — это в честь плато Гесперид, тоже в южном полушарии. Там породы как раз намного моложе, ударных кратеров сравнительно немного, зато есть крупный вулкан Тирренус Монс. Наука считает, что именно так всё и было в те времена: метеоритный обстрел практически закончился, а усилились повсеместные извержения. А вулканы поддерживали на планете настолько тёплый и влажный климат, что на Марсе в то время вполне могла бы быть жизнь. Кстати, на этот счёт имеются весьма интересные научные данные.

Это метеорит весом почти два килограмма, нашли его ещё в 1984 году в Антарктиде. По составу камня учёные с непоколебимой уверенностью определили, что он прилетел с Марса — откололся от поверхности из-за падения на планету какого-то мощного небесного тела примерно четыре миллиарда лет назад. И вот что там рассмотрели в 1990-е годы через электронный микроскоп.

Биологи заявили, что это окаменелые бактерии. Есть, правда, версия, что это земные окаменелые бактерии. Но, с другой стороны, они настолько мелкие, несколько десятков нанометров, что земной науке ничего подобного не известно.

— Если это открытие подтвердится, это, несомненно, станет одним из самых потрясающих открытий в глубинах нашей Вселенной, когда-либо совершённых наукой, — сказал по этому поводу тогдашний президент США Билл Клинтон.

Копилку информации об этом недавно пополнила орбитальная станция Mars Express, она летает вокруг Красной планеты вот уже восемь марсианских лет, то есть 16 земных. На борту работает спектрометр SPICAM, и он в том числе улавливает и анализирует свет, который проходит сквозь атмосферу Марса.

— Этот прибор проводит измерения методом солнечных затмений, когда солнечное излучение наблюдается на просвет через атмосферу. Это очень чувствительный метод, позволяющий измерить вертикальное распределение атмосферных газов с высокой точностью. И водяной пар — один из тех газов, которые измеряет этот прибор, — пояснила Анна Фёдорова.

По её словам, за последние восемь марсианских лет планета пережила уже две глобальные пылевые бури — в 2007 и 2018 годах. По летоисчислению Красной планеты это 28 и 34 марсианские года соответственно: отсчёт ведётся с момента первого отмеченного учёными весеннего равноденствия на планете — 11 апреля 1955 года.

Так вот, спектральный анализ показал, что во время летней пылевой бури водяной пар поднимается на высоту вплоть до 90 километров. А на этой высоте солнечное ультрафиолетовое излучение проходит уже совершенно беспрепятственно, оно разрушает молекулы воды, а отдельные атомы водорода после этого просто уносит в космос.

— Вокруг Марса существует водородная корона, и основным поставщиком водорода туда является именно марсианская вода. Недавно были обнаружены её сезонные изменения, которые говорят, что водород может улетать с планеты быстрее, чем считалось ранее (следовательно, Марс быстрее теряет воду). Одновременные наблюдения этой короны и водяного пара в атмосфере дали возможность определить, как скорость потери воды зависит от её поднятия на большие высоты, — говорит Анна Фёдорова.

Когда Марс оказывается в афелии, то есть улетает подальше от Солнца, на Марсе очень холодно, и водяной пар не поднимается выше 50–60 километров. А когда Марс ближе к Солнцу (перигелий), становится гораздо теплее и пар взлетает высоко.

— Кроме того, внезапно было обнаружено, что скорость диссипации (рассеяния в космосе. — Прим. Лайфа) водорода возрастает в течение недели на порядок. Это было обнаружено в первую пылевую бурю 28-го марсианского года и связано именно с присутствием водяного пара на больших высотах, — отметила специалист ИКИ РАН.

Если так, то на Марсе должно было происходить нечто такое, о чём мы пока не знаем. В лаборатории исследований атмосферы LATMOS Национального центра космических исследований Франции сопоставили измерения SPICAM с другими данными и составили модель возможного темпа обезвоживания Марса. Получилось, что планета каждый миллиард лет теряла примерно двухметровый слой воды. Но есть загвоздка: этого слишком мало. Структура поверхности указывает на то, что при такой скорости сейчас воды на Марсе было бы намного больше, чем есть в реальности.

— Какая-то часть всё-таки ушла в космос. Возможно, это не основная часть, всё-таки это процент, это не всё, но это значительно больше, чем оценивалось ранее, — уверена Анна Фёдорова.

Она добавила, что в этом наверняка замешаны колебания оси вращения планеты — когда-то она была наклонена гораздо сильнее: на все 45 градусов. Значит, полюса лучше разогревались, полярные шапки таяли и заполняли водой атмосферу.

— Из-за прецессии (кругового движения оси вращения планеты) более жаркое лето случается уже на севере, а не на юге, и вода начинает перекачиваться из одного полушария на другое в эти периоды. Возможно, вода на поверхности перемещалась с одного полушария на другое очень много раз, — подчеркнула исследователь.

А ещё Марс не очень симметричен, это называется "дихотомией поверхности": северное полушарие намного ниже, чем южное.

— Это очень сильно влияет в том числе на перенос воздушных масс, то есть существует много нюансов, — добавила научный сотрудник.

Есть альтернативная гипотеза: большая часть воды никуда не улетела — планета её просто впитала. Исследователи из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения NASA смоделировали сразу три типа процессов, которые миллиарды лет шли на Марсе: выбросы газов из вулканов, уход частиц водорода из атмосферы в космос и гидратацию минералов — это такой процесс, при котором молекулы воды встраиваются в кристаллическую структуру породы на её поверхности. И, по подсчётам американских учёных, вышло, что именно марсианский грунт вобрал в себя минимум 30%, а то и 90% всей воды, которая на планете была изначально.

Конечно, недра должны были какую-то часть отдавать обратно в результате извержений вулканов, но Марс сравнительно быстро остыл, его тектоническая активность сошла на нет. Учёные подчёркивают, что тем же законам подчиняется и геология Земли: у нас тоже постоянно гидратируются минералы, но наша планета продолжает подавать признаки довольно активной жизни — и землетрясения случаются, и вулканы извергаются. Это означает, что гидратированные породы перемешиваются в раскалённой мантии, вода из них высвобождается и выходит обратно в атмосферу.

Выходит, Марсу одновременно во многом не очень повезло: и ось сильно раскачивается, и орбита не самая удачная, и от Солнца далековато, и магнитного поля для защиты от радиации практически нет. Вдобавок вулканы молчат и полушария по высоте разительно отличаются. Если такой мир можно сделать жизнепригодным, то наверняка жить там будет всё же очень трудно. А впрочем, может быть, именно тогда мы наконец начнём ценить Землю.

Самое интересное из мира науки и технологий — в телеграм-канале автора.