В ближайшие десятилетия НАСА и Китай намерены отправить первые пилотируемые миссии на Марс. Учитывая расстояние и время, необходимое для совершения одного транзита (шесть-девять месяцев), возможности для миссий по пополнению запасов будут немногочисленны и редки. В результате астронавты и тайконавты будут вынуждены полагаться на местные ресурсы для удовлетворения своих основных потребностей – процесс, известный как использование ресурсов на месте (ISRU). По этой причине НАСА и другие космические агентства потратили десятилетия на поиск доступных источников жидкой воды.
Поиск этой воды необходим для будущих миссий и научных усилий, направленных на изучение прошлого Марса, когда планета была покрыта океанами, реками и озерами, которые, возможно, поддерживали жизнь. В 2018 году с помощью георадара ЕКА Марс Экспресс Орбитальный аппарат обнаружил яркие радиолокационные отражения под южной полярной ледяной шапкой, которые были интерпретированы как озеро. Однако группа исследователей из Корнелла недавно провела серию симуляций, которые предполагают, что может быть и другая причина появления этих ярких пятен, не связанная с наличием воды.
Исследовательскую группу возглавил Дэниел Лалич, научный сотрудник Корнеллского центра астрофизики и планетологии (CCAPS). К ней присоединились Александр Г. Хейс, профессор Дженнифер и Альберта Зон, директор CCAPS и главный исследователь сравнительной планетологии и исследования солнечной системы (COMPASSE), а также Валерио Поджиали, научный сотрудник CCAPS. Их статья, описывающая полученные результаты, «Небольшие вариации в составе льда и толщине слоя объясняют яркие отражения под полярной шапкой Марса без жидкой воды», появилась 7 июня в журнале. Достижения науки.
Когда в 1960-х годах первые роботизированные зонды начали облетать Марс, полученные ими изображения выявили особенности поверхности, типичные для Земли. К ним относятся каналы, речные долины, дна озер и осадочные породы, которые образуются в присутствии текущей воды. На протяжении десятилетий орбитальные аппараты, спускаемые аппараты и марсоходы исследовали поверхность, атмосферу и климат Марса, чтобы узнать больше о том, как и когда большая часть этой поверхностной воды была потеряна. В последние годы это привело к убедительным доказательствам того, что то, что осталось, сегодня можно найти под полярными ледяными шапками.
Наиболее убедительные доказательства были получены с помощью прибора Mars Advanced Radar for Subsurface and IonSphere Sounding (MARSIS) на борту орбитального аппарата Mars Express. Этот инструмент был разработан НАСА и Итальянским космическим агентством (ASI) для поиска воды на поверхности Марса и на глубине около 5 км (3 мили). Данные радара показали, что яркие пятна могут быть вызваны слоистыми отложениями, состоящими из воды, сухого льда и пыли. Считается, что эти южнополярные слоистые отложения (SPLD) сформировались в течение миллионов лет по мере изменения наклона оси Марса.
Последующие исследования ученых из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) выявили под поверхностью десятки других участков с высокой отражающей способностью. Последствия этих результатов были огромными не только для пилотируемых миссий, но и для астробиологических исследований. Помимо того, что это потенциальный источник воды для будущих миссий, также предполагалось, что микробная жизнь, когда-то существовавшая на поверхности, может быть найдена там сегодня. Однако результаты стали предметом дискуссий, поскольку предлагались и другие жизнеспособные объяснения.
В то время как те же самые яркие радиолокационные отражения обнаруживают подледные озера на Земле (например, озеро Восток под ледниковым щитом Восточной Антарктики), условия температуры и давления на Марсе сильно отличаются. Чтобы оставаться в жидком состоянии, вода должна быть очень соленой, насыщенной экзотическими минералами или находиться над активным магматическим очагом – ни один из которых не был обнаружен. Как сказал Лалич в недавнем интервью Cornell Chronicle:
«Я не могу сказать, что существование там жидкой воды невозможно, но мы показываем, что существуют гораздо более простые способы получить то же самое наблюдение, не заходя так далеко, используя механизмы и материалы, о существовании которых мы уже знаем. Просто благодаря случайности вы можете создать на радаре тот же наблюдаемый сигнал».
В предыдущем исследовании Лалич и его коллеги использовали более простые модели, чтобы продемонстрировать, что эти яркие радиолокационные сигналы могут быть результатом крошечных изменений толщины слоев. Эти изменения были бы незаметны для георадара и могли бы привести к конструктивной интерференции между радиолокационными волнами, создавая отражения, которые различаются по интенсивности и изменчивости – подобно тем, которые наблюдаются в SPLD. Для своего последнего исследования команда смоделировала 10 000 сценариев наслоения с 1000 вариациями толщины льда и содержания пыли в слоистых отложениях.
Их моделирование также исключило любые необычные условия или экзотические материалы, которые были бы необходимы для жидкой воды. Эти симуляции дали яркие подземные сигналы, соответствующие наблюдениям, сделанным инструментом MARSIS. По словам Лалича, эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что он и его коллеги были правы, подозревая о помехах от радаров. По сути, радиолокационные волны, отражающиеся от слоев, слишком близко расположенных друг к другу, чтобы прибор мог их разрешить, могли объединиться, усилив свои пики и впадины и выглядя намного ярче.
Команда не готова исключать возможность того, что будущие миссии с более сложными инструментами смогут найти убедительные доказательства наличия воды. Однако Лалич подозревает, что вопрос о жидкой воде (и потенциальной жизни) на Марсе, возможно, закончился десятилетия назад. «Это первый раз, когда у нас есть гипотеза, которая объясняет всю совокупность наблюдений под ледяной шапкой, без необходимости вводить что-то уникальное или странное. Этот результат, когда мы получаем яркие отражения, разбросанные повсюду, — это именно то, что можно ожидать от тонкослойных помех в радаре. Идея о том, что жидкая вода могла бы существовать даже где-то вблизи поверхности, была бы действительно захватывающей. Я просто не думаю, что его там есть».
Если это так, будущим миссиям, возможно, придется растопить отложения полярного льда и вечную мерзлоту, чтобы получить питьевую воду или, возможно, провести химические реакции с участием гидразина (а-ля Марк Уотни). Кроме того, усилия в области астробиологии могут снова быть отодвинуты на второй план, как это было во времена, когда Викинг Лендерс в 1976 году не удалось найти убедительных доказательств наличия биосигнатур. Но, как мы узнали, Марс полон сюрпризов. В то время как результаты Викинг биологические эксперименты оказались разочаровывающими, эти же самые миссии предоставили некоторые из наиболее убедительных доказательств того, что вода когда-то текла по поверхности Марса.
Более того, ученые когда-то подозревали, что Красная планета геологически мертва, но данные, полученные НАСА, Посадочный модуль InSight показало, что он на самом деле «немного живой». Это включало доказательства того, что горячая магма все еще течет глубоко в недрах планеты и что массивный шлейф магмы все еще существует под регионом Elysium Planitia, который, возможно, вызвал небольшое извержение всего 53 000 лет назад (самое последнее в истории Марса). Возможно, то же самое будет справедливо и для соленых участков жидкой воды вокруг полюсов и экваториальной области.
Если повезет, некоторые из этих участков могут даже содержать бесчисленное количество микроорганизмов, которые могут быть связаны с жизнью на Земле. Как здорово это будет?
Дополнительная литература: Cornell Chronicle, Science Advance.с
