Ученые пытаются объяснить, как вода может оставаться жидкой на марсе

Гора Олимп на Марсе

Гора почти второе выше Эвереста, и это самый большой вулкан Солнечной системы. В воронку на ее вершине поместится такой мегаполис, как Бангкок, Мехико или Лондон.

Трёхмерная визуализация вулкана Олимп на Марсе. Credit: NASA SVS.

Вулкан настолько огромен, что охватить его полностью взглядом с поверхности планеты невозможно — он будет выглядеть как стена из скал высотой 5-7 км, уходящая в стороны за горизонт.

Рассмотреть Олимп полностью можно только при взгляде сверху. А стоя на вершине, наблюдатель не поймет, что находится на горе: вокруг будет раскинута бесконечная поверхность, уходящая от него во все стороны.

При огромных размерах вулкан после 6-7 км от основания сравнительно плоский — человек смог бы спокойно идти по нему. Ниже объект имеет четкие, почти отвесные края, не исключено, что когда-то он омывался морем. Он и выглядит как остров, внезапно оказавшийся над водной поверхностью.

Среди основных параметров Олимпа:

  • высота — относительная 26 км, абсолютная 21,23 км;
  • диаметр в нижней части — 540 км.

Вершина

После того как активный период извержений закончился, жерло вулкана разрушилось, сейчас на его месте расположена огромная кальдера размерами 85х60 км и глубиной 3 км. Внутри кальдеры отчетливо просматривается 6 старых кратеров.

Атмосфера на вершине горы практически представляет собой вакуум — давление здесь составляет всего 2% от значения у поверхности планеты. Но даже такие условия не мешают формироваться облакам, песчаным бурям, смерчам.

Формирование гиганта

Габариты горы, отношение ее высоты к ширине, малый уклон свидетельствуют о длительном этапе рождения и вулканической активности. Потоки изливавшихся из Олимпа расплавленных вулканических пород идентичны по параметрам вязкости земной базальтовой лаве.

Извержения марсианских вулканов были спокойными, не вызывали взрывов и лавовых фонтанов: лава покидала внутреннее пространство через жерло, медленно растекаясь по поверхности горы, а затем постепенно остывала и затвердевала.

Возраст

Считается, что возраст Olympus Mons — сотни миллионов лет, вулкан родился в Амазонский период развития Марса, для которого было характерно прекращение постоянных столкновений Красной планеты с другими космическими телами, после чего она приняла современный пустынный вид.

Вулкан Олимп находится в западной части Марса. Credit: Time Magazine.

Результаты исследований

Согласно полученным сведениям, в долине Planum Australe есть источник жидкости диаметром до 20 км. Он находится под поверхностью планеты, на глубине полутора километров. Исследователям пока неизвестно, насколько глубок этот резервуар, но они отмечают, что в глубину он должен быть не менее нескольких десятков сантиметров.

Была проведена серия из 29 импульсов радара. Возвращенный сигнал соответствует тем, что издают жидкие озера, находящиеся под толщей льда на территории Антарктиды и Гренландии. Поэтому есть все основания полагать, что обнаруженный источник сигнала — это вода в жидком виде. Однако с точностью утверждать это пока нельзя.

Время не ждет

Доктор Орозеи утверждает: «Сейчас важнее всего установить, является этот водоем частным случаем или нет. Если таких резервуаров много, то они формируют целую систему подледных озер — аналогичную той, что на Земле. Таким образом, микроорганизмы, если они там есть, имеют обширный ареал обитания и возможность перемещаться».

Чтобы ответить на этот вопрос, команде исследователей в ближайшие годы необходимо получить больше данных с «Марс-Экспресс». Межпланетная станция начала стареть, топливо подходит к концу, так что время сейчас играет не на руку ученым.

В будущем подобраться ближе к этим источникам жидкой воды также может быть затруднительно. Буровые операции на Земле требуют передовой техники, а на Марсе ее просто нет. Европейский марсоход «Экзомарс», запуск которого запланирован на 2020 год, сможет пробурить поверхность на глубину примерно двух метров. Этого может оказаться недостаточно, чтобы добраться до подземных водных резервуаров.

В поисках небольших вулканов

Образуются ли вулканы на Марсе, как и прежде? Где самые молодые, появившиеся совсем недавно? Ранее ученые замечали различные скопления небольших и, очевидно, совсем молодых «конусов» — симметричных холмов с кратерами на вершинах — но их происхождение было спорным. Они могли быть действительно местами вулканических извержений, но вместе с тем и «грязевыми вулканами», сформированными выбросом грязи из-под земли, либо «безродных конусов», сформированных взрывами лавы, попадающей на влажную или обледенелую землю.

Исследование чешско-немецко-американской группы ученых под руководством Петра Броза представило новые убедительные доказательства того, что по крайней мере некоторые из них действительно являются вулканами. Броз и его команда изучили конусы Coprates Chasma, глубочайшей части системы каньонов марсианской Valles Marynerys. Это далеко от главных вулканических провинций Марса и предполагает, что магма изверглась из недр через древние разломы в системе каньонов.

Ученые твердо уверены, что это настоящие вулканические конусы, подобные обычным вулканам на Земле, известным как шлаковые конуса и конуса из туфа. Они подтверждают это тонкими слоями, видимыми на внутренней стенке кратера на снимках HiRISE, и другими фактами. Разрешения изображений достаточно, чтобы увидеть, что конус состоит из слоев точно так же, как туфовые конуса на Земле.

Анализ показал, что окружающая кратеры местность возрастом 200-400 миллионов лет — примерно в это время по Земле бродили гигантские амфибии и первые динозавры.

Конусы должны были быть построены взрывными извержениями сгустков лавы, размером от горошины до кирпича, наслаиваясь постепенно, пока не достигли своей конечной высоты. Поверхность каждого конуса должна быть «армирована», поскольку сгустки, достигая земли, были достаточно горячими, чтобы сплавиться и защитить ее. Этим можно объяснить их свежий вид, в отличие от грязевых вулканов, которые должны быть более уязвимы к эрозии.

Выводы ученых интересны по многим причинам. Такой молодой вулканизм Марса свидетельствует о том, что на планете еще протекают вулканические процессы — и до сих пор образуются вулканы.

Проблеск надежды найти жизнь на Марсе.

Орбитальный аппарат «Марс-экспресс» Европейского космического агентства обнаружил при помощи радара Marsis, на южном полюсе Красной планеты под слоями льда и пыли озеро, которое расположено на глубине около 1,5 километра.

Доказательства показывают, что около 4,3 миллиарда лет назад Марс был водным миром, подобным Земле, с огромным, мелким океаном, покрывающим половину планеты | Фото: cbc.ca / GSFC / NASA

Диаметр водоема может доходить до 20 километров. Если эти данные подтвердятся, ученые сделают еще один шаг к ответу на вопрос о том, есть ли жизнь на Марсе, сообщает Science.

Исследования ученых финансировались Итальянским космическим агентством и НАСА. Согласно данным исследования, способом совершить прорыв в поисках жидкой воды на Марсе стало радиоэхозондирование.

Ранее исследователи предполагали, что по поверхности Марса может иногда ненадолго разливаться вода тающих ледников (учитывая низкое давление, она должна очень быстро испаряться), однако впервые появились основания полагать, что на Красной планете существует и постоянный жидкий водный резервуар.

Как пишет BBC, марсоход НАСА «Кьюриосити» обнаружил немногим ранее на поверхности планеты лишь высохшие озера, доказав, что в прошлом вода на Марсе была.

Однако с тех пор температура на планете значительно понизилась из-за очень разреженной атмосферы — и большая часть воды превратилась в лед.

Озеро скрыто под толстым слоем льда | Фото: bbc.com / NASA / JPL / Malin Space Science Systems

Радар не смог измерить толщину водяного слоя, однако ученые полагают, что она никак не меньше метра.

По информации издания, ученые проводили исследования в регионе у южного полюса с 29 мая 2012-го до 27 декабря 2015 года низкочастотным радаром Marsis, задачей которого является поиск жидкой воды и водяного льда на поверхности Марса с помощью излучения электромагнитных волн и изучения отраженного сигнала.

Непрерывная светлая линия на фото чуть ниже отображает верхний слой осадочных отложений на южном полюсе планеты. Он представляет собой тестообразную смесь, состоящую из пыли и замороженной воды. Однако под ним ученые обнаружили что-то необычное.

«Марс-экспресс» изучает поверхность Красной планеты, а сверху — результаты работы радара | Фото: bbc.com / ESA / INAF

Значит ли это, что на Марсе возможна жизнь? Определенно ответить на этот вопрос нельзя. Пока нельзя.

«Ищи воду» — именно так звучит основной принцип астробиологии — науки, изучающей возможность существования жизни за пределами Земли.

Такие образом, новое открытие позволяет с большой долей вероятности предположить наличие воды, но больше ничего не подтверждает.

Температура воды и ее химический состав также могут представлять проблему для возможных марсианских организмов.

Чтобы вода оставалась в жидком состоянии в таком холоде (по расчетам ученых, ледниковый слой начинает таять на глубине, где температура составляет от -10 до -30 градусов), в ней должно быть растворено очень много солей.

Хотя само существование водного резервуара будоражит воображение тех, кого интересует возможность существования на Марсе жизни — пусть даже в прошлом, — характеристики озера еще нужно подтвердить дальнейшими исследованиями.

Ученые не исключают, что в водоеме могут даже сегодня присутствовать микроорганизмы. Они могут использовать для выживания соль и чувствовать себя вполне комфортно даже при отрицательной температуре.

Ученые уже заявляли об обнаружении бактериальной жизни в глубинах антарктического озера Восток, но бурение на Марсе — куда более амбициозный проект.

Также исследователи считают, что на Марсе может быть целая сеть подобных водоемов, так как пока при помощи инструментов орбитального зонда тщательно обследована лишь небольшая площадь поверхности Красной планеты.

Общее количество гор и вулканов

На марсианской поверхности огромное число гор, в т. ч. вулканических. Среди них несколько крупных экземпляров, «разросшихся» из-за отсутствия местной тектонической активности в течение миллиардов лет.

На поверхности планеты можно выделить 2 протяженных горных региона — Тарсис и Элизий (Элизиум). Первый чаще причисляют к равнинам, но его средняя высота достигает 10 км над нулевым уровнем, здесь расположено 4 самых больших щитовых горы: Павонис, Арсия, Аскрийская, Олимп. В регионе Элизий, кроме одноименного вулкана, расположилось 2 купола — Гекаты и Альбор.

Как озеро было обнаружено?

Радар Marsis исследует поверхность планеты и верхние слои грунта, излучая электромагнитные волны и изучая отраженный сигнал.

Непрерывная светлая линия на фото чуть выше отображает верхний слой осадочных отложений на южном полюсе планеты. Он представляет собой тестообразную смесь, состоящую из пыли и замороженной воды.

Однако под ним ученые обнаружили что-то необычное.

«Голубым цветом обозначена область, которая отражает сигнал значительно лучше, чем поверхность планеты. Для нас это показатель наличия воды», — объясняет профессор Оросеи.

Image caption

Синим цветом обозначена область с высоким коэффициентом отражения — то самое озеро

Жидкая вода на Марсе

Некоторые формы рельефа марсианской поверхности, такие как, русла рек и ложа озер, говорят о том, что когда-то на Марсе была вода. В узкой атмосфере планеты вода есть и и сейчас, а полюса Марса покрыты ледяными шапками.

Водного льда на Марсе много. В 2016 году на глубине не более десяти метров под равниной Утопия нашли замерзшее озеро. Лед также находили в некоторых склонах оврагов.

Ученые считали, что темные полосы, проявляющиеся летом на южном полушарии Красной планеты, могут быть ручьями очень соленой воды. Однако в 2017 году это предположение отвергли, объявив полосы ручьями песка.

Радар MARSIS на борту европейского орбитального зонда Mars Express обследовала 200-километровую область Южного плато. На 29 снимках ученые нашли область, где сигнал резко менялся — это было похоже на подледные озера Гренландии и Антарктики.

Карта Южного плато и квадрат, которое исследовал MARSIS

Диаметр водоема с жидкой водой ученые оценивают в 20 километров, но мощности радара недостаточно, чтобы точно описать контуры озера. Радар не смог измерить толщину водяного слоя, однако ученые полагают, что она никак не меньше метра.

«Это позволяет классифицировать его как самостоятельный водный резервуар. Это озеро, а не просто заполненное талой водой пространство между льдом и горной породой, какие иногда можно найти и под ледниками на Земле», — пояснил ученый.

Место, где на Марсе нашли жидкую воду

Непрерывная светлая линия на фото чуть выше отображает верхний слой осадочных отложений на южном полюсе планеты. Он представляет собой тестообразную смесь, состоящую из пыли и замороженной воды.

Однако под ним ученые обнаружили что-то необычное.

«Голубым цветом обозначена область, которая отражает сигнал значительно лучше, чем поверхность планеты. Для нас это показатель наличия воды», — объясняет профессор Оросеи.

Вероятно, темература воды в озере отрицательная. Но, как и на Земле, примеси в воде и давление массы льда могут снижать температуру ее замерзания, поэтому она остается жидкой.

Марсианский посадочный модуль Phoenix находил в грунте на северном полюсе перхлораты магния, кальция и натрия, присутствие которых поддерживает гипотезу о жидкой воде под полярным льдом и объясняет, почему она не замерзает. 

MARSIS исследовал только несколько процентов Южного плато, а его характеристики позволяют видеть только достаточно крупные скопления воды, но не, например, связывающие их потоки воды. Ученые предполагают, что жидкая вода на Марсе может быть и в других местах.

Данные, собранные радаром MARSIS за один пролет

Где находится марсианский Олимп

Самая большая гора в Солнечной системе расположена в западной части Красной планеты, в экваториальной области. Она находится в регионе Тарсис (второе ее название Фарсида), на одноименном нагорье. Здесь сосредоточены крупнейшие местные вулканы.

Тайна вулкана Олимп на Марсе

Велика вероятность расположения под Олимпус Монс большого водоема воды.

Этот вывод позволили сделать сразу несколько деталей:

  • больший уклон северо-западной стороны вулкана, что может быть объяснено наличием под застывшей лавой толстых глиняных слоев, а глина — отличное хранилище для жидкой воды, наличие запасов которой на Красной планете уже подтверждено;
  • толща затвердевшей лавы и грунта сверху и возможная вулканическая активность внизу позволяют поддерживать внутри горы плюсовую температуру.

Последнее дает возможность делать предположение о наличии под поверхностью Олимпа живых организмов — аналогов земных форм жизни, существующих около геотермальных источников, на дне океана, внутри тверди планеты. Подобным организмам не нужен солнечный свет, но обязательным условием их существования является температура выше нуля.

Изучать Олимп более детально при современном уровне развития космических технологий затруднительно.

Невозможно доставить в кальдеру вулкана спускаемый аппарат, потому как техника:

  • может быть разрушена песчаными бурями и сильными ветрами еще на этапе подлета к объекту;
  • в настолько разряженном воздухе посадить корабль любым доступным на сегодня методом нельзя — его движение около поверхности не замедлится, существует почти 100%-ная вероятность, что станция разобьется.

Основа для органической жизни

На Земле было обнаружено несколько подледных озер, в том числе озеро Восток в Антарктиде. Осуществление проектов по их обнаружению — непростая задача. Требуется бурить годами, чтобы пробиться под километровые слои льда. Но для науки результат этих исследований бесценен: каждый раз подо льдом удавалось обнаружить жизнь.

Ранее на поверхности Марса были найдены ручейки предполагаемой воды, известные как повторяющиеся линии склона. Живут они недолго, поскольку вода быстро испаряется с марсианской поверхности в результате низкого давления.

Однако ученые предполагали, что на планете должны быть более крупные и стабильные источники воды в жидкой форме, например под марсианской корой, как было предположено в ходе этого исследования. Если догадки ученых верны, то такие водные резервуары являлись или являются ареалом обитания для микроорганизмов на Марсе.

Особенности вулкана Олимп

Самый большой вулкан Солнечной системы имеет воистину устрашающие размеры. Высота его от основания до самой высокой точки составляет 26 километров. Это в 2.5 раза больше самого большого земного вулкана – Мауна-Кеа, расположенного на Гавайских островах. Его высота от подошвы до верхушки составляет 10.2 километра.

Олимп похож на блин, который по краям имеет крутые склоны высотой до 7 километров. Почему они такие крутые, хотя сама гора почти плоская, пока неясно, но есть теория, что когда-то вулкан омывался океаном и это результат подмыва водой.

Вулкан Олимп на Марсе — вид сверху.

Кальдера – кратер на вершине, у Олимпа огромна. Её размеры достигают 85 километров в длину и 60 километров в ширину, а глубина – 3 километра. Внутри видно наслоение нескольких кратеров. У самого большого земного вулкана кальдера имеет диаметр всего в 6.5 километров.

Поперечник самого вулкана Олимп – 540 километров. Он имеет почти правильную округлую форму.

Атмосферное давление у поверхности Марса составляет всего 0.01 земного, а на вершине Олимпа – вообще 2% от марсианского. Там практически вакуум, но всё-равно есть некая атмосфера. Мало того, там даже есть пылевые бури и смерчи, конечно, гораздо слабее по сравнению с теми, что бывают на поверхности планеты, но зато частые.

Посмотрите отличную 3D-модель Олимпа, которую можно вращать, приближать и рассматривать. Текстура на основе реальных снимков с орбиты, так что всё достаточно реалистично.

Вулкан Олимп, как и другие марсианские вулканы, давно не действует. Однако на его склонах обнаружена застывшая лава возрастом всего в 2 миллиона лет. Это значит, что 2 миллиона лет назад вулкан извергался. Это небольшой период, поэтому Олимп считается не потухшим, а спящим вулканом, который при стечении обстоятельств вполне может и проснуться.

Возраст Олимпа – сотни миллионов лет. Он образовался, когда на Марсе происходили глобальные процессы – появлялись и исчезали моря и океаны, образовались каньоны и вулканы. Затем все эти процессы прекратились, и Марс стал такой пустынной планетой, какой мы ее видим сейчас. Это было более 1 миллиарда лет назад.

Гипотезы ученых

«Пока сложно сказать однозначно, что именно мы обнаружили, — сообщает доктор Аня Диез из Норвежского полярного института в Тромсе. — Это может быть источник воды, небольшой или крупный. А возможно, это жидкие осадки».

Команда ученых также сообщает о других возможных источниках полученного сигнала. Например, это может быть резервуар с замороженной двуокисью углерода или замерзшая вода с очень низкой температурой. Однако исследователи сомневаются в верности этих предположений. По их мнению, столь мощный сигнал не мог быть вызван такими источниками.

Дать характеристику свойств предполагаемой воды довольно сложно из-за условий, в которых она находится. Температура подледных озер на Земле достигает -60 °C. Однако интенсивное давление льда на поверхности снижает температуру таяния воды до отметки, где она существует в жидком виде в пресноводных озерах.

Однако в исследуемом районе Марса температура предположительно составляет -68 °C. Чтобы вода могла оставаться в жидком состоянии, необходимо высокое содержание в ней солей магния, кальция и натрия. Такая вода, естественно, является весьма соленой по сравнению с пресноводными подледными озерами на Земле. Хотя и у нас на планете есть соленые озера.

«Под ледяными шельфами Антарктиды вода сохраняется в жидком состоянии благодаря льду на поверхности, — отмечает доктор Диез. — На Марсе дело обстоит иначе. Под ледяным покровом температуры там по-настоящему низкие. Поэтому вода может оставаться в жидком виде лишь благодаря своей солености».

Ссылка на основную публикацию