» » Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер

Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер


Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер

Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер

Рис. 1. Вид южной полярной равнины Марса Planum Australe, где радар MARSIS, установленный на аппарате Mars Express, обнаружил первое подледное озеро жидкой воды (показано синим цветом). Изображение с сайта en.wikipedia.org


 

В июле 2018 года ученые сообщили, что радар автоматической межпланетной станции Mars Express обнаружил под ледяной поверхностью южной полярной равнины Марса полость, предположительно заполненную жидкой водой. Такой вывод они сделали на основе анализа данных 29 пролетов над этой областью, произошедших в 2012–2015 годах. Это подледное озеро диаметром около 20 км, расположенное на глубине 1,5 км, стало первым известным постоянным водоемом на Красной планете. Новое исследование, объединяющее уже 134 наблюдения за период с 2012 по 2019 год, не только подтвердило наличие этого озера, но и выявило еще три.

Автоматическая межпланетная станция Mars Express Европейского космического агентства, работающая на орбите Марса с 2003 года, предназначена для изучения атмосферы, климата, структуры и геологии Красной планеты. Еще одна важная задача, стоящая перед этой станцией, — поиск следов воды. Для ее решения на борту установлен специализированный радар для зондирования ионосферы и глубинных слоев марсианской поверхности MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding), разработанный учеными университета «Сапиенца» в Риме.

Это низкочастотный радарный эхолот и высотомер, который способен обнаружить жидкую воду или водяной лед на глубине до 5 км под поверхностью. В основе его работы заложен тот же метод, который на Земле был опробован для построения подледной топографии и поиска подледниковых озер в Антарктиде, Гренландии и канадской Арктике, — измерение эхосигналов радиоволн (см. Radioglaciology).

Внутренние отражения радиосигнала, возникающие в толще ледника, позволяют воссоздать стратиграфию ледовой толщи и выявить в ней зоны нарушений, а характер отражения от нижней границы — определить, что находится подо льдом: плотная порода, рыхлый материал или жидкость.

Зондирование с помощью MARSIS южной полярной области показало Марса, что район вокруг южного полюса покрыт слоистой толщей водяного льда (чистого или с примесью пыли от 10 до 20%) общей мощностью около 1,5 километров. В какой-то степени ее можно считать аналогом вечной мерзлоты на Земле. Сверху эта толща сезонно покрывается слоем сухого льда — твердого диоксида углерода CO2 — толщина которого в зимнее время достигает 1 м.

В одном месте под слоистым покровом мерзлоты радар зафиксировал область мощного усиления отраженного сигнала размером 20 на 30 км. Сопоставив свойства отраженного сигнала и диэлектрическую проницаемость области, итальянские планетологи, управляющие работой MARSIS и обрабатывающие результаты его наблюдений, пришли к выводу, что это карман с озером жидкой воды (R. Orosei et al., 2018. Radar evidence of subglacial liquid water on Mars). Прибор не смог точно определить глубину озера, но она должна составлять минимум один метр, иначе радар не увидел бы его.

Построив температурный профиль под поверхностью в этой области, ученые оценили температуру озера в –68,15 °C. При этом исследователи исходили из предположения, что температура внутри ледяной толщи меняется линейно от 160 К на поверхности до 170–270 К (в зависимости от толщины слоя льда) в ее основании.

Чтобы оставаться жидкой при таких низких температурах, вода в озере должна быть очень соленой. По мнению авторов, озеро может быть заполнено насыщенным раствором перхлоратов магния, кальция и натрия. Такие растворы могут оставаться жидкими и при более низких температурах. В 2008 году космический аппарат НАСА «Феникс» обнаружил перхлораты в почвах северной полярной области Марса. Кроме того, устойчивости жидкой фазы способствует давление огромной толщи льда, так как озеро не имеет выхода на поверхность.

В 2018 году открытие итальянских ученых многие восприняли скептически. Во-первых, наблюдений было очень мало, чтобы делать однозначные выводы. Во-вторых, существование единственного подледникового озера могло быть связано с особыми локальными условиями, например, с когда-то действовавшим под ледяным покровом вулканом.

Исследователи, работающие в проекте MARSIS, продолжили поиски и теперь объявили уже о достоверном открытии целой системы подледниковых озер в районе Ultimi Scopuli в южной полярной области Марса. А это означает, что процесс их образования не является уникальным и подобные озера могут присутствовать и в других места, а Красная планета может обладать огромной подповерхностной гидросферой. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

До этого больше говорили не о гидросфере, а о криолитосфере Марса, так как считали, что вся вода здесь находится в твердом состоянии. Аппараты Mars Global Surveyor, Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter и Mars Express подтвердили повсеместное присутствие льда в приповерхностном слое Марса, в том числе в средних широтах. А радиолокатор подземного зондирования SHARAD станции Mars Reconnaissance Orbiter (предшественник радара MARSIS) показал, что это действительно водяной лед.


Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер

Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер

Рис. 2. Содержание водяного льда в приповерхностном слое Марса, измеренное аппаратом Mars Odyssey в низких широтах (А) и полярных областях (В). Массовые проценты льда получены путем пересчета на эквивалент воды данных по водороду, полученных нейтронным спектрометром HEND (High Energy Neutron Detector) в период с февраля 2002 года по апрель 2003 года. Изображение с сайта mars.nasa.gov


Большая часть этого льда находится под слоем поверхностных отложений, поскольку при нынешних климатических условиях лед не может стабильно существовать на поверхности — быстро испаряется. Только в приполярных областях температура достаточно низкая для стабильного существования льда в течение всего года — это полярные шапки Марса. Нижняя их часть, сложенная водяным льдом с небольшим количеством пыли, не меняется в течение марсианского года, а вот верхняя часть, мощностью около 1 м, состоящая из замороженного углекислого газа (сухого льда), зимой разрастается, а летом тает. Еще одним исключением являются некоторые кратеры, такие как кратер Королёв, на дне которых лед защищен от испарения слоем холодного воздуха (см. Лед в кратере Королёв).

По мнению большинства планетологов, в первые эпохи своего существования Марс был похож на Землю. У него была густая атмосфера, океаны из воды и достаточно мягкий климат. Но такие условия там просуществовали недолго — примерно 3,6 млрд лет назад, в начале гесперийского периода начались активные вулканические и тектонические процессы, а к концу этого периода, примерно 3 млрд лет назад Марс лишился магнитного поля и, как следствие, атмосферы, став безжизненной планетой.


Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер

Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер

Рис. 3. Разрез южной полярной области Марса, построенный по данным MARSIS. Голубым отмечено местоположение жидких озер в основании ледового слоя. Изображение с сайта esa.int


Радар MARSIS фиксирует отраженные радиоволны не только от верхней, но и от нижней поверхности ледяного щита, работая и как высотомер, и как георадар. Исключительно ровная и отчетливая отражающая поверхность на глубине около 1,5 километров под слоистой ледяной толщей указала ученым на наличие жидкой воды (рис. 3).

Для выявления подледных озер ученые использовали три главных параметра отраженных от подледной границы радиосигналов: интенсивность, остроту и вариабельность интенсивности. Участки, где высокая интенсивность сигнала сочетается с отчетливыми пиками и резкой сменой вариабельности в районе 6 дБ (именно такая смена интенсивности характерна для границы между твердой и жидкой фазами), с большой вероятностью расположены подледные водоемы (рис. 4).


Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер

Рис. 4. Профили отраженных радиосигналов: I и II — без подледных озер; III и IV — с подледными озерами. Параметры (слева направо): нормализованная интенсивность (в дБ), нормализованная острота, вариабельность интенсивности (в дБ). Черные и красные линии — значения для эхосигнала, отраженного от верхней (черные) и базальной (красные) поверхностей ледяной толщи. По горизонтали — долгота в 360-градусной системн координат. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Astronomy


Однако, даже в пределах обозначенных контуров озер значения вариабельности не везде превышают 6 дБ, а колеблются в диапазоне от 4 до 6 дБ. По мнению авторов, это означает, что часть объема озер заполнена не жидкой фазой в чистом виде, а смесью жидкой и твердой фаз. Как вариант, это может быть и пористый грунт, пропитанный водой.

Все озера, обнаруженные учеными, приурочены к одному горизонту, и скорее всего — судя по расположению — ранее были соединены между собой. Местоположение подледных озер, выявленных эхолотом, было подтверждено путем количественной оценки относительной диэлектрической проницаемости подледного материала на площади около 10 тыс. км2 (рис. 5). Диэлектрическая проницаемость, по которой можно судить о составе и плотности этого материала, была получена из мощности отраженного сигнала в основании ледяной толщи. Так как мощность излучателя MARSIS была откалибрована в земных условиях, исследователи говорят о диэлектрической проницаемости только в терминах относительных величин.


Mars Express обнаружил в районе южного полюса Марса еще несколько подземных озер

Рис. 5. Карта относительной диэлектрической проницаемости района, в котором обнаружены марсианские озера. Значения выше 15 (по правой шкале) указывают на наличие жидкой воды. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Astronomy


Общая площадь, которую занимают озера, по оценкам исследователей, составляет 75 тыс. км2.

Что касается природы озер, то авторы отвергают версию о локальной магматической активности под областью Ultimi Scopuli, так как они не зафиксировали здесь никакой геотермальной аномалии или даже локального теплового потока. Они объясняют существование жидкой фазы в основании ледового слоя высокой концентрацией растворенных солей в растворах.

По мнению исследователей, в основании ледового слоя могут находиться многочисленные озера, в которых, по аналогии с подледным озером Восток в Антарктиде, могли сохраниться микробы, которые обитали на поверхности Красной планеты, когда у нее был более теплый климат и жидкая вода на поверхности.

По их расчетам, растворимость свободного кислорода в этих рассолах может до шести раз превышать минимальный уровень, необходимый для микробного дыхания, а значит можно ожидать здесь обнаружение не только экстремофилов и анаэробов, и даже аэробных микробов.

Но для начала существование самих подледных озер должны подтвердить независимые наблюдения китайской миссии «Тяньвэнь-1», которая выйдет на орбиту Марса в феврале 2021 года. На борту станции находится радарное оборудование, которое по своим возможностям не уступает MARSIS и SHARAD.

Источник: Sebastian Emanuel Lauro, Elena Pettinelli, Graziella Caprarelli, Luca Guallini, Angelo Pio Rossi, Elisabetta Mattei, Barbara Cosciotti, Andrea Cicchetti, Francesco Soldovieri, Marco Cartacci, Federico Di Paolo, Raffaella Noschese, Roberto Orosei. Multiple subglacial water bodies below the south pole of Mars unveiled by new MARSIS data // Nature Astronomy. 2020. DOI: 10.1038/s41550-020-1200-6.

Владислав Стрекопытов


07 октябрь 2020 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Ученые совершили первый поход к месту, где может находиться древнейший лед на Земле

Согласно расчетам исследователей, возраст этого льда превышает 1 млн лет

Анализ гравитационного поля Энцелада тоже указывает на наличие на нем жидкой воды

Анализ траекторий трех близких пролетов зонда «Кассини» над Энцеладом позволил подтвердить существавание на нем подледного океана жидкой воды. Скорость зонда во время пролетов, отслеживаемая по

Ледники, расположенные в вулканических областях, могут быть мощными источниками метана

Для оценки глобальных климатических изменений чрезвычайно важно, чтобы цифровые модели, на основе которых строятся прогнозы, учитывали все значимые источники парниковых газов, одним из которых

Жизнь могла зародиться на Марсе неожиданно рано

Поверхность Марса перестала "бомбардироваться" крупными астероидами и метеоритами почти сразу после его формирования.

В Boeing считают, что Марс будет колонизирован (+ВИДЕО)

Директор Boeing Space Exploration Systems Майк Рафтери заявил, что колонизация Марса возможна, на это требуется время, но человечество должно принять вызов.По мнению ученого, для миссии нужен будет

На Марсе обнаружены следы органической жизни

Марсоход НАСА Curiosity измерил всплеск метана в атмосфере Марса и обнаружил органические молекулы в извлеченных в ходе бурения скалы Камберленд образцах, сообщается на сайте НАСА. Это может
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Ответ на вопрос – зачем в древности был нужен и как использовался «Римский додекаэдр».Америка-2020 как АтлантидаВ группе Дятлова их было 12 по АПВЕРГИДуАмериканская компания Pfizer объявила о создании рабочей вакцины от коронавирусаПирамида Хеопса состоит из трёх пирамидФизики говорят, что Вселенная наполнена загадочной субстанцией, называемой «квинтэссенцией»Настоящий Монте-КристоХаббл заметил тень от сверхмассивной черной дыры в галактике IC 5063