На Марсе обнаружили жидкую воду

Радиолокационные данные, полученные от европейского орбитального модуля Mars Express, свидетельствуют о существовании на Марсе обширного резервуара с жидкой водой, покрытого толстым слоем льда и пыли. 20-километровое соленое озеро находится на глубине 1,5 км под Южной полярной шапкой в районе Planum Australe («южная равнина» на латыни).

Об открытии сообщила группа итальянских исследователей во главе с Роберто Орозеи, планетологом из Национального института астрофизики в Болонье (Италия), опубликовавшая соответствующую статью в журнале Science.

Они обнаружили доказательства захороненного озера в радиолокационных данных космического аппарата Европейского космического агентства Mars Express.

Если все это будет подтверждено, то озеро окажется первым обширным водоемом, когда-либо обнаруженным на Марсе, что станет значимой вехой в поисках внеземной жизни.

О том, что на поверхности Марса миллиарды лет назад в обилии присутствовала вода в жидком виде, свидетельствуют характерные рисунки речных пойм, покрытых обширной сетью высохших каналов. Они наблюдаются всеми космическими аппаратами NASA и ESA, работающими на марсианской орбите. Посадочные модули и вездеходы-роверы, изучающие поверхность Марса, также обнаружили характерные минералы, образующиеся лишь в присутствии жидкой воды.

Однако за 4,6 млрд лет, прошедших со времен формирования Солнечной системы, климат на этой планете несколько раз необратимо менялся. Теперь на поверхности Марса жидкая вода не встречается вовсе, и лишь изредка (в особо теплые дни) на склонах гор могут просачиваться небольшие солоноватые ручьи (насыщенные перхлоратами – солями хлорной кислоты). Эти характерные темные пятна также доступны для наблюдений с орбиты. В замерзшем виде вода, конечно, в обилии присутствует в сезонных полярных шапках, которые сверху покрыты еще и замерзшим углекислым газом и припорошены пылью. Об этом свидетельствуют данные того же Mars Express.

В периоды потеплений этот лед начинает сразу возгоняться в сверхразреженной атмосфере, а затем вновь сублимируется, минуя жидкую фазу. Присутствие небольшого количества водяного пара в атмосфере планеты зарегистрировал марсоход NASA Curiosity. Поэтому воду в жидком виде на Марсе ученые надеются обнаружить лишь в подземных озерах.

Присутствие жидкой воды у основания полярных ледяных шапок давно предсказывалось на основе исследований ледников на Земле.

Известно, что температура плавления воды снижается под воздействием давления слоев вышележащего ледника. Кроме того, присутствие солей на Марсе может дополнительно снижать температуру плавления воды и тем самым позволить воде оставаться в жидком виде при отрицательных температурах.

Однако до сих пор данные, поступающие от радара MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding instrument), установленного на Mars Express и ставшего «героем дня», казались неубедительными. Речь идет о первом радиолокаторе такого типа, работающем на орбите другой планеты, инструменте для подповерхностного и ионосферного зондирования.

Радар отправляет радиоимпульсы в направлении марсианской поверхности, учитывая время, которое требуется для отражения их от водоносных слоев и возвращения к датчикам, оценивая при этом характер отраженного сигнала и получая карты невидимых слоев. Можно определить таким образом тип материала — камень, лед или вода.

Ученые сосредоточили свое внимание на слоях льда и пыли, которые покрывают южный полюс планеты, однако долгое время результаты оставались неустойчивыми и в целом неутешительными.

Иногда MARSIS видел яркие всплески, но они пропадали при последующих зондированиях того же участка при новых пролетах. Наконец в 2012 году было решено отправлять на Землю необработанные данные вместо того, чтобы выполнять автоматическую обработку на самом аппарате перед пересылкой.

«Это изменило все — стало гораздо проще заметить четкие сигналы», — объясняет Роберто Орозеи.

«Мы много лет видели намеки на интересные скрытые объекты, но не могли добиться воспроизводимости результатов от витка к витку, поскольку частота дискретизации и разрешение наших данных были слишком низкими, — добавляет Андреа Чичетти, сoавтор новой статьи. — Нам пришлось придумать новый режим работы, чтобы обойти проблему обработки на борту, получить более высокую частоту дискретизации и таким образом улучшить разрешение нашего набора данных. Теперь мы видим вещи, которые раньше увидеть было просто невозможно».

Упорство ученых, работающих с этим подповерхностным зондирующим инструментом, непрерывно совершенствующих свои методы, копивших данные с высоким разрешением, в конце концов принесло свои плоды и позволило подтвердить давние гипотезы. Наблюдаемая яркая картинка — результат отражения радиосигналов из зоны протяженностью 20 км. Исчерпав другие возможные объяснения (в качестве кандидата рассматривался, в частности, и углекислый лед), ученые пришли к выводу, что сигналы отражает именно подледная вода.

Радиолокационные исследования показывают, что южная полярная область Марса состоит из многих слоев льда и пыли глубиной до 1,5 км и площадью около 200 км. Особенно яркое радиолокационное отражение под слоистыми отложениями идентифицируется в пределах той самой зоны шириной 20 км.

Анализируя свойства отраженных радиолокационных сигналов и рассматривая состав слоистых отложений и ожидаемого температурного профиля ниже поверхности,

ученые интерпретируют яркую особенность как границу между льдом и обширной водяной линзой, который может содержать соли и насыщена прочими отложениями.

Для того, чтобы MARSIS мог обнаружить такой участок воды, она должна быть толщиной не менее нескольких десятков сантиметров, а то и метров.

«Это всего лишь одна небольшая область исследования; перед нами открываются новые перспективы, эти подземные карманы воды могут найтись и в других местах, которые еще предстоит обнаружить», — считает Роберто Орозеи.

Орозеи упоминает также, что его группа наблюдала и другие яркие отражения, но пока не готова утверждать, что они также являются подледными озерами.

У Марса, возможно, было множество подобных озер в прошлом, когда тепло, поднимающееся из недр планеты, растапливало часть льда, покрывающего его полярные шапки, размышляет Стивен Клиффорд, планетолог, предложивший эту идею еще в 1987 году. Если жизнь когда-то процветала в древних подповерхностных озерах, то последнее открытие «служит в поддержку идеи о том, что жизнь все еще может сохраняться на Марсе».

«Длительная работа Mars Express и настойчивые усилия команды радиолокатора, решившей целый ряд важных аналитических задач, позволили добиться столь долгожданного результата, продемонстрировав, что эта миссия по-прежнему обладает большим научным потенциалом, — говорит Дмитрий Титов, также работавший с Mars Express. — Это захватывающее открытие стало важным этапом для планетарной науки, и оно будет способствовать лучшему пониманию эволюции Марса, истории его воды, а возможно, и жизни».

Миссия Mars Express стартовала с Земли 2 июня 2003 года с космодрома «Байконур» с помощью ракеты-носителя «Союз-ФГ» и разгонного блока «Фрегат».

В конце декабря 2018 года она отметит 15-летнюю годовщину своей работы на марсианской орбите.

Если дальнейшие исследования подтвердят существование озера, это может породить новые идеи для марсианских миссий. Ведь находка отчасти напоминает наше земное озеро Восток, скрытое на глубине 4 км подо льдом в Антарктиде. Не так давно исследователям удалось до него добраться. Были пробурены скважины, поднятая вода исследовалась на присутствие в ней микроорганизмов. А сверхсоленые подледниковые озера были найдены в канадской Арктике в начале этого года. Активно развиваются проекты и технологии, призванные достичь скрытого океана на спутнике Юпитера Европе. Миссии по бурению километрового льда на Марсе до последнего времени не планировались, однако новое открытие может изменить эту ситуацию.

Известно, что микробы вполне могут жить в подобных средах на Земле, однако могут ли они существовать в соленой, насыщенной перхлоратами жидкой воде на Марсе? Возможно, разрешить этот вопрос поможет новый европейско-российский орбитальный модуль ExoMars и будущий ровер, которые продолжат изучение подледных резервуаров.

Mars Express запущен 14 марта 2016 года ракетой-носителем «Протон-М» c космодрома Байконур, а 19 октября 2016 года орбитальный модуль Trace Gas Orbiter был успешно выведен на околомарсианскую орбиту.

К апрелю 2018 года он был переведен на низкую круговую орбиту высотой около 400 км, с 21 апреля началась его научная миссия.

Помощь в подтверждении открытия может оказать зонд NASA InSight, который планируется высадить вблизи марсианского экватора в ноябре. Он будет измерять тепловой поток в верхних 5 м под поверхностью. Ученые могут использовать эти данные для экстраполяции и выяснить, сколько тепла может подниматься в районе южной полярной шапки, хватит ли его для таяния льда и образования потенциальных озер.

Возможны и дальнейшие исследования с использованием MARSIS, а также радара на борту орбитального аппарата NASA Mars Reconnaissance Orbiter, который, впрочем, раньше уже сканировал Planum Australe и не увидел там никаких озер.

Многие исследователи выражает известный скепсис, напоминая, что охота за водой на Марсе толком еще и не начиналась. Важно получить какие-то дополнительные свидетельства. «Это еще не полноценное открытие», — считает Джеффри Плаут, планетолог из Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене (штат Калифорния), который также искал воду с использованием данных Mars Express.