Океаны на Марсе

В чем суть открытия

Еще в середине августа ученые объявили, что им удалось обнаружить на Марсе океаны жидкой воды — раньше считалось, что она сохранилась на планете только в виде ледников. Ученые проанализировали сейсмические данные с посадочного модуля NASA Insight, которые подтвердили наличие глубинных пористых пород, заполненных водой: большая часть воды на Марсе располагается на глубине 10–20 км под поверхностью. Таких подземных запасов хватило бы, чтобы заполнить океаны на поверхности планеты на глубину 1–2 км.

Это открытие не только дает ответы на некоторые вопросы о геологической истории планеты, но и, вероятно, позволит доказать присутствие на ней жизни. «Понимание марсианского водного цикла имеет решающее значение для понимания эволюции климата, поверхности и недр», — отмечают геофизики Вашан Райт и Маттиас Морцфельд из Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего, а также профессор планетологии Майкл Манга из Калифорнийского университета в Беркли.

«Обнаружение большого резервуара жидкой воды дает некоторое представление о том, каким был или мог быть климат, — говорит Манга. — Вода необходима для жизни, какой мы ее знаем. Я не понимаю, почему подземный резервуар не может быть пригодной для жизни средой, раз это верно для Земли — даже в глубоких шахтах есть жизнь, на дне океана есть жизнь. Мы не нашли никаких доказательств существования жизни на Марсе, но, по крайней мере, мы определили место, которое, в принципе, должно быть способно поддерживать ее».

Как искали воду

Ученые использовали данные сейсмометра Insight, в том числе изучая скорость зарегистрированных сейсмический потрясений, которая зависит от того, из чего состоит порода, где в ней есть трещины и чем они заполнены. Эту информацию перенесли в математическую модель, описывающую состав и свойства различных типов горных пород в коре и мантии Марса. Сейсмологи на Земле используют такую модель для поиска подземных водоносных горизонтов и нефтяных месторождений. Данные модели позволили исследователям сделать вывод, что глубокие слои пористой магматической породы Марса насыщены жидкой водой. Эти породы — аналог застывшей в гранит горячей магмы Сьерра-Невады.

Когда-то на поверхности Марса было много жидкой воды в виде океанов, озер и рек, но она исчезла около 3 миллиардов лет назад. Теперь марсоходы исследуют высохшие озерные ложа и пустые речные русла. В то же время часть марсианской воды заперта в виде льда в полярных шапках.

Что дает это открытие

Ранее считалось, что вода с Марса просто испарилась при разрушении атмосферы, а водяной пар разложился на химические элементы под воздействием ультрафиолетового излучения. Ученые делали вывод, что низкая гравитация Марса не позволяла планете удерживать водородные части этого пара, которые унесло в космос солнечным ветром. Кислородные же элементы пара окислили поверхностные породы, что придало им ржаво-красный цвет. Миссия NASA MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) позволила наблюдать этот процесс в действии.

Команда также была удивлена, не найдя доказательств наличия замерзших грунтовых вод в холодной части коры Марса. Ранее считалось, что она есть не только на полюсах планеты, но и в верхней части коры, которая подвержена резким изменениям температур. Теперь же выяснилось, что водоносный горизонт находится глубже и ближе к мантии ядра Марса — там, где температура коры выше.

Идея о том, что жидкая вода может существовать глубоко под поверхностью Марса, существует уже несколько десятилетий, отмечает астробиолог кафедры астрономии Корнелльского университета Альберто Файрен. По его мнению, это «своего рода глубинная подземная грязь».

«Новые результаты показывают, что жидкая вода действительно существует в недрах Марса не в виде отдельных и изолированных озер, а в виде жидких водонасыщенных осадков или водоносных горизонтов», — поясняет Файрен. — На Земле подземная биосфера действительно обширна, в ней содержится большая часть прокариотического разнообразия и биомассы планеты. Некоторые исследования даже указывают на происхождение жизни на Земле именно глубоко в недрах. Поэтому нынешнее открытие может иметь захватывающие последствия для астробиологии». Действительно, ранее ученые обнаруживали следы органических соединений грязевого вулкана около Марианской впадины, что может говорить о существовании микроорганизмов на больших глубинах и в иных экстремальных условиях.

Главный исследователь миссии InSight Брюс Баннердт полагает, что пока рано делать выводы. По его мнению, нужно получить более полную картину о подземных процессах на Марсе, а для этого потребуется отправить большее количество сейсмометров, которые будут работать в разных точках на планете.

На Марсе нашли не только воду

Первые следы воды на Марсе исследователи обнаружили в 2015 году.
Они использовали новую технику анализа химического состава поверхности планеты с помощью межпланетной станции Mars Reconnaissance Orbiter. Исследователи изучили узкие каналы в скалах в экваториальном регионе Марса, и им удалось найти следы гидратов с молекулами воды — хлоратом и перхлоратом магния, а также перхлоратом натрия.

О самих следах воды на поверхности планеты сообщалось еще в 2011 году. Тогда ученые выяснили, что они представляют собой каналы шириной 5 метров и глубиной до 100 метров, которые появляются на Марсе в летние месяцы и исчезают, когда температура снижается.

В 2023 году ученые из французского Института астрофизики и планетологии в Тулузе проанализировали данные марсохода Curiosity и нашли новые доказательства того, что раньше климат Марса был совершенно иным. Сейчас на планете холодно и сухо, но в прошлом там происходила смена сезонов и даже случались наводнения. Исследователи проанализировали марсианский кратер Гейла, где обнаружили «узор» из шестиугольников. По их мнению, он сформировался из-за цикличных изменений погоды — от чрезмерной влаги до засухи. «Среда с циклами увлажнения и пересыхания считается важной, а возможно, и необходимой для добиологической химической эволюции», — заявили авторы. Изначально на Марсе нашли чистую серу, залежи которой образуются только при определенных условиях на Земле, например при вулканических процессах, в горячих или холодных источниках. Это позволило исследователям предположить, что на Красной планете происходили процессы, подобные земным, и она могла быть обитаема в прошлом.

Затем был найден узор из трещин, который расположился между пластом, богатым глиной, и слоем, богатым солеными минералами — сульфатами. Если глинистые минералы обычно образуются в воде, то сульфаты — по мере высыхания влаги. Поскольку трещины поверхностные, то и вода проникала всего на несколько сантиметров вглубь. Это говорит о наличии именно поверхностных водоемов.

По расчетам авторов работы, изученный участок Марса сформировался около 3,6 млрд лет назад.

В 2022 году ученые из Аризонского университета обнаружили на поверхности Марса массивные скопления лавы. Их возраст не превышает 50 тысяч лет, что, по меркам астрономии, совсем немного. Исследователи заявили, что это открытие переворачивает представление о Марсе. 

Ученый заявил: «Мы обнаружили, что этот гигантский шлейф имеет размеры континентальной части США, около 4000 км — что для планеты, меньшей, чем Земля, является еще более огромным. Таким образом, наше исследование демонстрирует, что Марс не мертв».

В сентябре 2024 года группа ученых во главе с Мэтью Хойнацки из Планетологического института США выяснила, что убыль атмосферы Марса происходила не только за счет ее «выветривания» в открытый космос, но также из-за особенности породы. Благодаря обилию глинистых минералов углерод, которым богата атмосфера планеты, захватывался и удерживался внутри породы. Ученые рассматривали смектиты — это разновидность глинистых минералов, на которые приходится около 62% наблюдаемых марсианских образцов. Предполагается, что в раннем Гесперийском периоде (от 3,74–3,5 до 3,46–2 млрд лет назад) на Марсе было много оливина, который содержит железо. При его взаимодействии с водой происходит процесс серпентинизации, в ходе которого образуются серпентины и магнетит, железо окисляется, а из воды выделяется водород, реагирующий с углекислым газом с образованием метана. Его и захватывали смектиты, которые образовывались из серпентинов под действием воды. Если на Земле углерод из литосферы способен возвращаться в атмосферу из-за тектонических процессов и активности биосферы, то на Марсе заключен в минералах в течение длительного времени. Эти минералы могут стать потенциальным источником метана для астронавтов в ходе будущих пилотируемых полетов на Красную планету.

Почему новое открытие важно

Гарвардские исследователи указывают, что понимание процессов, происходивших на Марсе, позволит ответить на вопрос о том, как появилась жизнь на Земле и могла ли она существовать на других планетах.

Они выделяют ряд сходств между Марсом и нашей планетой:

• схожий состав воды. Данные с марсохода Curiosity позволили подтвердить, что вода на Марсе была более соленой, чем пресноводные озера на Земле, но значительно менее соленой, чем земной океан. Однако на Земле есть озера с похожим количеством растворенных солей, особенно в полузасушливых климатических зонах, например, тех, что соседствуют с пустынями Австралии и Африки;
• большие водные запасы, что подтверждается наличием похожих геологических структур;
• соотношение изотопов водорода и кислорода в марсианской воде, которое похоже на земное. Исследователи определили, что вода в одном из марсианских озер, вероятно, имела pH от 7 до 7,8. Нейтральный уровень составляет 7, а существующие водоемы на Земле могут иметь pH от 6 до 8. Наличие других химических веществ в марсианских породах позволяет предположить, что планета переживала изменение климата, нагревающее воду озера до того, как оно высохло.

В целом, уровень pH, содержание соли и химический состав воды на Марсе соответствуют показателям земных водоемов. Потенциально все эти факторы могут указывать на общие источники происхождения жизни и на схожесть процессов, происходящих на обеих планетах.

В чем сложность исследований

Чтобы подтвердить свои теории, ученым нужно получить доступ к марсианской воде. Однако сделать это не так просто. Для сравнения — самая глубокая вырытая на Земле Кольская скважина имеет глубину 12,2 км. Инженеры в Советском Союзе потратили 20 лет на ее бурение в попытке достичь мантии Земли, но процесс пришлось прервать, потому что температура стала слишком высокой — она достигала 180 градусов по Цельсию. Кроме того, для таких работ требуются массивные установки, транспортировка которых возможна только с помощью тяжелых космических аппаратов. Наконец, бур должен работать автономно, так как связь с Марсом имеет задержки, а работа должна контролировать в реальном времени.

Пока исследователи решили сосредоточиться на анализе изображений и показателей датчиков марсоходов. Благодаря этим данным уже удается получить информацию об эволюции водоемов на Марсе. Так, в августе 2024 года Европейское космическое агентство показало высококачественные снимки некогда самого большого озера на Марсе — Эридании. Их сделал космический корабль Mars Express. Когда-то Эридания содержала больше воды, чем все остальные марсианские озера, вместе взятые. Оно также было больше любого известного озера на Земле и вмещало достаточно воды, чтобы трижды заполнить Каспийское море. Изначально озеро было единым, а затем оно начало высыхать и поделилось на ряд более мелких изолированных водоемов.

Будущие миссии

Исследователи изучают и другие объекты в Солнечной системе. Например, на спутнике Юпитера Европе ранее обнаружили углекислый газ, который поступает из огромного океана под его ледяной оболочкой, а также вулканическую активность. Это может говорить о наличии микробной жизни. В 2024 году к Европе запустят зонд Europa Clipper, который совершит десятки сближений со спутником и будет искать биомаркеры в океане спутника.

Тем не менее, Марс — сосед Земли и планета, у которой была своя атмосфера, — остается наиболее интересным для изучения. В 2024 году NASA и Европейское космическое агентство (ESA) подписали соглашение о миссии ExoMars, которая предусматривает доставку на Марс европейского ровера Rosalind Franklin. Аппарат будет искать биомаркеры в грунте планеты. Запуск марсохода намечен на 2028 год.