Есть неопровержимые доказательства того, что Марс когда-то был влажным и теплым. Реки текли по его поверхности и прорезали сложные системы каналов, обнаруженные нашими орбитальными аппаратами. Обширные океаны, даже большие, чем земной, возможно, покрывали треть ее поверхности. Затем что-то произошло: Марс потерял атмосферу, остыл, и поверхностные воды исчезли.
Но по мере того, как наши наблюдения за Марсом становятся более детальными, похоже, что Марс не потерял воду в одном катастрофическом эпизоде. Углубляющиеся данные показывают, что вода терялась постепенно. На планете, возможно, были повторяющиеся эпизоды появления поверхностных вод, которые периодически сохранялись в течение более длительного периода времени. Если это правда, это имеет значение для потенциальной жизни на Марсе.
Новое исследование, опубликованное в журнале Earth and Planetary Science Letters, подтверждает идею о том, что Марсу, возможно, потребовалось много времени, чтобы потерять воду. Исследовательское письмо озаглавлено «Новые максимальные ограничения в эпоху формирования сети марсианской долины». Автор — Александр Морган, научный сотрудник Института планетологии, изучающий геоморфологию.
«Сегодня Марс представляет собой глобальную пустыню, но на его поверхности сохранились обширные свидетельства существования проточной воды в прошлом, включая то, что кажется речными долинами», — говорит Морган. «Временные рамки, в течение которых формировались эти долины, имеют большое значение для обитаемости раннего Марса, поскольку длительные эпохи со стабильной жидкой водой были бы более благоприятными для жизни», — сказал он.
Обширные свидетельства существования древних рек на Марсе подчеркиваются марсоходом Perseverance и областью, которую он исследует. Он называется Кратер Джезеро, и это место древнего ударного кратера. Когда-то в прошлом кратер был затоплен водой, образовав массивный осадочный бассейн. Орбитальные изображения Джезеро показывают древние речные каналы, впадающие в гигантский кратер.
Как показывает место посадки «Персеверанса», ударные кратеры и реки смешиваются друг с другом по поверхности Марса. Этот факт является ключом к исследованию Моргана. Датируя кратеры возле речных каналов, он установил временные ограничения на то, когда текли реки, создавшие каналы.
«В этом исследовании я использовал кратеры, которые возникли до и после систем долин, чтобы установить максимальные границы в сотни миллионов лет для эпохи, в течение которой формировались эти системы», — сказал Морган. «Предыдущая работа определяла только минимальные временные рамки, поэтому эти новые результаты дают верхнюю границу временной шкалы, в течение которой были активны марсианские долины. Учитывая то, что мы знаем о темпах эрозии на раннем Марсе, более длительные временные рамки подразумевают, что условия, благоприятствовавшие реке, были весьма непостоянными, с длительными засушливыми периодами, перемежающимися короткими эпизодами речной активности».
Речные долины Марса образовались более трех миллиардов лет назад. Они являются самым убедительным доказательством того, что на планете есть поверхностная вода. Исследования показывают, что потоку воды требуются десятки тысяч лет, чтобы образовать долину на поверхности, но никто не выяснил, сколько различных событий потока было и сколько всего времени потребовалось для формирования этих долин. До настоящего времени.
Наше понимание Марса значительно выросло за последние годы и будет продолжать расти. Наше понимание климатической истории претерпевает революцию. Ранее существовало две противоположные версии древнего прошлого Марса. Один говорит, что там было тепло, влажно и потенциально пригодно для проживания; другой говорит, что это была холодная планета, покрытая ледяными щитами.
Но в Природе редко бывает так просто, даже если бы нам этого хотелось. Растущее количество фактов, включая эту работу, показывает, что в этой истории есть больше сложности, чем могут выразить слова «тепло и влажно» или «холодно и сухо».
«За последнее десятилетие или около того мы пришли к пониманию, что эти дескрипторы слишком общие, и на самом деле нет смысла пытаться сжать сотни миллионов лет истории климата в описание из двух слов», — сказал Морган.
Изучая Землю, мы пришли к выводу, что климат сильно колебался на протяжении своей долгой истории. В некоторые периоды Земля была покрыта обширными ледниками толщиной в несколько километров. В другое время ледники отступали к своим горным редутам. Почему другие планеты не имеют столь же разнообразной истории?
«Как и Земля, ранний Марс был сложным, и условия, в которых появлялись поверхностные воды, вероятно, значительно различались. На протяжении всей своей истории Земля претерпевала огромные климатические изменения – например, 20 000 лет назад территория, где сейчас находится Чикаго, была покрыта слоем льда толщиной полмили – и условия на поверхности, позволяющие рекам на раннем Марсе, вероятно, также увеличивались и уменьшались».
Этот прирост и убыль означает, что рекам потребовалось много времени, чтобы разрушить ландшафт и образовать каналы и долины. Одно из возможных объяснений состоит в том, что большие валуны в руслах рек препятствовали дальнейшей эрозии. Другая причина заключается в том, что реки текли нечасто, возможно, всего лишь 0,001% времени. Если это так, то это может быть из-за того, что мы здесь, на Земле, называем циклами Миланковича.
Циклы Миланковича — это изменения относительного положения и ориентации Земли по отношению к Солнцу. Такие вещи, как наклон оси, эксцентриситет орбиты и прецессия, создают изменения в климате нашей планеты. Наклон оси Земли меняется примерно на 3,5 градуса каждые 40 000 лет или около того. Марс имеет еще более выраженное изменение наклона оси, которое претерпевает существенные изменения за сотни тысяч или миллионы лет.
«В короткие сроки сток реки контролируется за счет осадков или таяния снегов вверх по течению. В более длительных временных масштабах реки Земли подвергаются воздействию климатических изменений», — сказал Морган. «Например, 20 000 лет назад на территории нынешней Невады существовали большие озера и более крупные реки. Марсианские реки действовали бы аналогичным образом, с краткосрочной изменчивостью из-за штормов или таяния снегов и долговременной изменчивостью из-за изменений вращения планеты и орбиты вокруг Солнца».
Или мощная вулканическая активность могла периодически нагревать планету, таять ледниковые щиты и порождать реки, прорезавшие сигнальные каналы на поверхности планеты. Регион Тарсис-Монтес показывает, что вулканы сыграли свою роль в истории Марса. Фарсис-Монтес является домом для трех массивных щитовых вулканов, которые затмевают вулканы Земли. Другой вулкан, Олимп, находится к северо-западу от Тарсис-Монтес и является крупнейшим вулканом в Солнечной системе.
Мы действительно не знаем, что произошло на Марсе. Является ли Марс просто стандартным примером малообитаемых планет, которые становятся непригодными для жизни? Или это яркий пример планеты, которая упорно удерживала свою воду в ходе многочисленных климатических эпизодов? Зародилась ли простая жизнь на Марсе до того, как она исчезла, и так ли все устроено? Или поверхностные воды на любой планете в любой период времени встречаются крайне редко?
На данный момент у нас нет четких ответов на эти важные вопросы. Планеты — большие, сложные, долгоживущие и динамичные объекты. Понять, что произошло на планете миллиарды лет назад, — непростая задача.
