Есть ли вода на Марсе, нет ли воды на Марсе…

В стародавние времена (точнее, в конце 1990-х годов), когда я отвечал за наполнение раздела новостей в журнале для любителей астрономии «Звездочет», я сходу отметал сообщения двух видов — «Разрешена загадка нагрева солнечной короны» и «Доказано существование воды на Марсе». Статьи на эту тему появлялись с завидной регулярностью, и писать о них каждые два-три месяца как-то не хотелось. Сейчас за новостями о солнечной короне я уже не слежу, но марсианская вода оказалась относительно близка к моим профессиональным интересам, и потому статьи о ней нет-нет да и привлекают внимание.

Сейчас считается надежно установленным, что в далеком марсианском прошлом существовала эпоха более мягкого климата, в которой на поверхности Красной планеты существовали не только реки, но и стоячие водоемы — озера и, возможно, даже океан в северном полушарии планеты. Однако эта благодать закончилась довольно давно, примерно 3,5 млрд лет назад, на рубеже нойского и гесперийского периодов марсианской истории. Затем произошло нечто, навсегда изменившее климат Марса и лишившее его планетарной гидросферы. Однако не иссякают свидетельства того, что жидкая вода появлялась на поверхности Марса и позже, хотя и в существенно меньших масштабах.

При построении истории жидкой воды на Марсе интересным объектом исследования оказываются отложения хлоридов (вероятнее всего, галита), поскольку они соответствуют последнему появлению жидкой воды в данной точке поверхности. До недавнего времени их обнаруживали в основном на старых южных возвышенностях, соответствующих всё той же теплой влажной эпохе — нойскому и раннему гесперийскому периодам. В работе Эллен Лиск и Бетани Элманн из Калтеха [1] проанализированы результаты исследования отложений хлоридов, полученные со времени их обнаружения в 2008 году. Авторы использовали спектральные наблюдения, позволяющие определять состав поверхности, а также снимки высокого разрешения и данные о высотах, позволяющие соотносить состав с топографией.

Полученные характеристики отложений свидетельствуют, что они, скорее всего, сформировались в результате эпизодических (сезонных) прорывов талой воды. Об этом говорит, например, небольшая толщина отложений (порядка метра), а также их асимметрия — отложения толще с той стороны, с которой натекала вода, то есть они существовали недостаточно долго, чтобы выровняться. Образовывавшиеся в результате прорывов прудики не были большими, потому что связанные с ними отложения иногда встречаются на возвышенностях, не затрагивая близкие низины: вода заполняла ближайшие углубления, но не переливалась через их края. Многие отложения находятся существенно (на сотни метров) выше минимального уровня высот в своей окрестности.

Определив примерный возраст отложений, авторы подтвердили ранее сделанный вывод о том, что хлориды в основном встречаются на поверхностях нойского и гесперийского периодов. Но отложения были также найдены ими на юго-западе области Фарсида, поверх вулканических пород, возраст которых оценивается в 2,3 млрд лет. Соответственно, возраст отложений не может быть больше этого значения, относящегося к раннему амазонийскому периоду. Это означает, что даже после кардинального изменения климата условия для хотя бы кратковременного существования жидкой воды сохранялись на Марсе еще очень долго.

Может ли быть так, что они сохраняются и поныне? Конечно, речь не идет о поверхности. Точнее, и на поверхности наблюдаются некие периодически возникающие детали, которые изначально связывали с таянием воды, однако теперь эта интерпретация считается, как минимум, не единственной. Слишком уж там суровые условия, да и расположение этих деталей не всегда согласуется с «водяным» объяснением. Но вот под поверхностью жидкая вода могла бы сохраниться.

В 2018 году было представлено доказательство существования глубинного «озера» под марсианской южной полярной шапкой. Доказательством стал яркий отраженный сигнал радара MARSIS, установленного на борту КА Mars Express, как будто бы указывающий на наличие значительного количества жидкой воды под полуторакилометровым слоем льда. В 2020 году появилось и развитие этой работы, в котором подтверждалось существование первого «водоема» и сообщалось еще о нескольких подобных областях. Поскольку температура в основании полярной шапки Марса существенно ниже температуры таяния воды (даже очень соленой), эта интерпретация с тех пор неоднократно подвергалась сомнению. Для объяснения яркого отраженного радиосигнала предлагались твердые вещества — глина, гидратированные соли, соленый лёд.

Элизабетта Маттеи из Университета Рома Тре с соавторами [2] проверили, насколько эти вещества в действительности способны генерировать наблюдаемый радиоотклик, и обнаружили, что свойства ни одного из них не согласуются с данными наблюдений MARSIS. Если бы под ледяной шапкой на южном полюсе Марса действительно была, например, глина, отраженный сигнал был бы гораздо слабее. К тому же на поверхности Марса есть выходы подобных пород, и никакие яркие отражения радиоволн от них не наблюдаются. Поэтому наиболее вероятным объяснением остается водный раствор каких-либо солей, например перхлората магния или хлорида кальция. Авторы отмечают также, что низкие оценки подледной температуры в значительной степени опираются на очень плохо известную теплопроводность вещества южной полярной шапки. Если принять для нее немного другое значение, температура под шапкой может оказаться достаточно высокой для существования жидкого рассола.

Сирил Грима из Техасского университета в Остине и его соавторы пошли другим путем [3]. Используя имеющиеся данные радиолокации Марса, они рассчитали, как выглядел бы сигнал, отраженный от различных участков поверхности планеты, если бы вся она была покрыта слоем льда, подобным тому, что закрывает предполагаемые озера на южном полюсе. Оказалось, что небольшая доля вулканических равнин, будучи погребенной под полуторакилометровым слоем льда, давала бы такой же отраженный сигнал, как и скрытые льдом гипотетические озера. Иными словами, часть поверхности Марса (от 0,3% до 2% в зависимости от предположений о свойствах льда) отражает радиосигнал так же, как и предполагаемая жидкая вода под южной полярной шапкой, но при этом жидкой водой заведомо не является. С чем именно связано это сходство и почему оно обнаруживается далеко не для всех вулканических материалов на поверхности Марса, авторы судить не берутся, однако указывают, что выделенные ими участки перспективны для дальнейшего изучения. Впрочем, к этому выводу приходят авторы почти всех подобных исследований.

Дмитрий Вибе, зав. отделом физики и эволюции звезд
Института астрономии РАН, профессор РАН

1. Leask E. K., & Ehlmann B. L. (2022). Evidence for deposition of chloride on Mars from small-volume surface water events into the Late Hesperian-Early Amazonian. AGU Advances, 3. DOI: 10.1029/2021AV000534

2. Mattei E. et al. (2022). Assessing the role of clay and salts on the origin of MARSIS basal bright reflections, Earth and Planetary Science Letters, Volume 579. DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117370

3. Grima C. et al. (2022). The basal detectability of an ice-covered Mars by MARSIS. Geophysical Research Letters, 49. DOI: 10.1029/2021GL096518