Skip to content

12.12.2011

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.


В 2005 году на орбиту Марса вышел новый современный космический аппарат — Mars ReconnaissanceOrbiter. На его борту установлена камера высокого разрешения HiRise, гиперспектрометр CRISM, радар Sharad…

Камера HiRise снимает поверхность Марса с разрешением до 26 см на пиксель. Такое высокое разрешение обещало вывести исследование Красной планеты на новый уровень, и ожидания ученых оправдались. Поистине сенсационным наблюдением стали марсианские «ручьи», которые заметны на склонах кратеров в средних широтах.

И сумел определить, что в приповерхностном грунте содержится от 3 до 6% воды связанной на химическом уровне. Причем российский прибор DAN позволил определить даже слоистый характер грунта. В каких-то участках верхний слой был “сухой” — с 3%, а нижний (в пределах 60 см, на которые “пробивает” DAN) “влажный” — до 5%. А где-то было наоборот — сверху 5%, а в глубине — 3%.

Газовый хроматограф SAM показал, что нагрев грунта до 400 градусов Цельсия позволяет выпаривать воду и другие полезные человеку газы: кислород, азот, углекислый газ. А вот нагрев выше уже способствует выделению серных и хлорных соединений, которые уже не способствуют жизнедеятельности. В одном образце прибору SAM удалось определить даже 6% воды, и там же нашлись нитраты и органика.
Уже в 2015 году опубликовали результаты двух исследований, касающихся воды. Первое провели с орбиты при помощи радаров спутников Mars Express и MRO. На этот раз смогли оценить залежи в ледниках в средних широтах.

Спутниковое зондирование среднеширотных ледников показало, что эти запасы воды позволят залить на один метр в гипотетический океан идеально гладкого Марса. Благодаря предыдущим радарным исследованиям удалось подсчитать, что растопив северную и южную полярную шапку можно залить водой еще на 22 метра глубиной идеально гладкую планету размером с Марс. Осталось теперь только оценить запасы северного океана.

Второе исследование провели при помощи приборов марсохода Curiosity. Совместив результаты наблюдений климатической станции REMS, данные о содержании химических элементов и соединений в грунте от SAM, и показания о концентрации водорода от DAN, пришли к любопытным выводам.

Оказалось, что осенью и весной, в ночное время относительная влажность марсианского воздуха может достигать 100%. А перхлораты, содержащиеся в грунте имеют свойство поглощать воду из атмосферы. Т.е. в какой-то момент соль в грунте превратится в жидкий рассол, и произойдет именно то, что наблюдал спутник MRO из космоса — потекут «ручьи». У Curiosity такого не наблюдается — все-таки у экватора достаточно сухо, а вот к средним широтам влаги должно быть больше.

Помимо всего прочего, наблюдения Curiosity отвечают на вопрос, что является источником сезонных «потоков», наблюдаемых со спутника. Высказывались гипотезы, что это может быть вечная мерзлота или ледники, но сейчас видно, что они не обязательны.

Возникающая в ночи влага отвечает на вопрос возможна ли микроскопическая жизнь на Марсе в настоящее время. Получается, возможна. Не просто поддержание жизни в состоянии коматоза, что возможно в условиях открытого космоса, а именно активная жизнедеятельность: размножение, обмен веществ, возможно даже эволюция. Конечно, маловероятно, что там найдутся местные обитатели, но зато мы можем начать подыскивать или выводить земных экстремофилов, которыми можно было бы заселить Марс, подготавливая его к терраформингу.

Zelenyikot


« »

Share your thoughts, post a comment.

(required)
(required)

Note: HTML is allowed. Your email address will never be published.

Subscribe to comments