[870x579]
[показать]zelenyikot
Вода на Марсе. Сколько копий сломано в спорах на эту тему, сколько книг и статей написано, научных и не очень. Сколько карикатур и демотиваторов нарисовано... Воду на Марсе нашли. Потом еще раз нашли. Потом еще раз... И еще... Даже за 2015 год нашли уже два раза, но все равно, каждый новый раз в СМИ подается как сенсация. Давайте уже разберемся с этой темой.

В процессе изучения Марса, с момента изобретения телескопа, и до сегодняшнего времени, представления о марсианской воде менялись от "вижу моря и океаны", до "нет ни капли воды", и потом снова к "вижу океан".

Примерно вот так могли видеть Марс люди позапрошлого века в самые мощные телескопы:

[показать]

Белые полярные шапки наводили на мысли о сходстве полюсов Марса и Земли. А темные пятна казались кому-то океанами, а кому-то джунглями. В общем, мирок представлялся довольно похожим на наш, не удивительно, что марсиане плотно прописались в земной художественной культуре на полтора века.

К середине ХХ века методики телескопических наблюдений немного улучшились, к наблюдениям добавилась фотография. Все меньше ученых видело на Марсе каналы, и все больше Красная планета представлялась вымирающей или безжизненной пустыней. Грубые попытки подсчета температуры поверхности давали минусовые показатели вплоть до -100 градусов по Цельсию, но им тогда не хотели верить.

Жирную точку на марсианских морях и лесах поставил космический аппарат Mariner-4, а следом за ним Mariner-9 и "Марс-5".

[показать]

Стало ясно, что на Марсе нет ни рукотворных каналов, ни следов растительности, ни крупных водоемов. Даже полярные шапки оказались покрыты углекислотным льдом.

Зато нашлись пересохшие речные русла. Находка давала надежды, что вода была хотя бы в прошлом, но порождала вопросы о том где она сейчас. Впрочем, пустынность Марса не помешала сформировать вполне современные и достоверные гипотезы о том, что сезонные изменения полярных шапок зависят от намерзания и испарения углекислоты, а вот летние остатки, которые не меняются год от года на полюсах - это водяной лед.

[показать]

Об этом написано еще в Большой Советской энциклопедии в 1968 году.

Первые исследования марсианского грунта с поверхности дали отрицательные результаты. Спускаемые аппараты программы NASA Viking в 70-х гг. сели в средних широтах северного полушария Марса, и должны были не только определить наличие микроорганизмов в грунте, но и узнать есть ли в нем вода. Полученные результаты оказались не обнадеживающими, газовый хроматограф аппаратов определил всего 1% влаги.

[показать]

Следующий этап поиска проходил уже в 90-е. С орбиты спутник Mars Global Surveyor наснимал еще больше свидетельств водного прошлого Марса. Например, классическую речную дельту в кратере Эберсвальде.

[показать]

Когда-то в кратере было озеро, в которое впадала река. Частички грунта, влекомые течением оседали в озере формируя многослойные отложения. Этот кратер и дельту рассматривают в качестве одного из будущих возможных целей для исследования марсоходами.

В 1997-м году на Марсе сел спускаемый модуль Mars Pathfinder с родоначальником всех марсоходов NASA - Sojourner. Его отправили в местность, которая из космоса выглядела как широкое русло огромной реки, вроде пересохшей Амазонки.

[показать]

К сожалению многих, на поверхности практически ничего не указывало на воздействие воды. Равнина оказалась усыпана вулканическими валунами и песком. Sojourner смог определить у некоторых камней следы воздействия воды, но совсем уж незначительные.

[показать]

После первых неудач на марсианскую воду начали полномасштабную охоту. На орбиту запустили спутники NASA Mars Odyssey в 2001 году, и ESA Mars Express. На обоих аппаратах были размещены различные исследовательские средства поиска воды, в том числе и российского производства.

[показать]

Mars Odyssey оборудовали гамма детектором GRS и детектором нейтронов (HEND от Института космических исследований РАН). Они ловили космическое гамма излучение и нейтроны, отраженные от поверхности Марса. Атомы водорода, содержащиеся в приповерхностных слоях грунта, задерживают нейтроны и испускают гамма-фотоны под ударами космических частиц, что позволяет определять примерное содержание водорода. Поскольку газ там не задержится, то водород может быть только в связанном виде, чаще всего в молекулах воды.

Два прибора позволили составить первые карты предполагаемого распределения воды в грунте Марса.

[показать]

[показать]

Оказалось не все так плохо. Вода все-таки есть. Приборы подтверждали друг друга, но воду хотелось увидеть непосредственно, "пощупать" и проанализировать.

Отличить водяной лед от углекислотного на полюсах удалось прибору OMEGA, на спутнике Mars Express. Этот спектрометр смог увидеть поверхностный слой (розовый на снимке) замерзшего СО2, и голубой лед Н2О (синий) в глубоких расщелинах.

[показать]

К 2005 году Mars Express развернул антенны радара MARSIS, который смог "просвечивать" кору Марса до глубины в несколько километров. Этот радар смог сделать "УЗИ" марсианских полярных шапок и получить их профили "в разрезе".

[показать]

Благодаря этому исследованию удалось определить, что водяной лед на северной полярной шапке отложился толщиной до 1,7 км, а южной - до 4 км. Углекислотный же лед оказался толщиной всего в несколько метров - до 8 на Южном полюсе. Более того, радар получил данные в нескольких участках, где отражение радиоволн можно интерпретировать, как отражение от жидкого водоема. Т.е. есть остается некоторая надежда найти на Марсе аналог земного подледного антарктического озера Восток. И если кто-то еще надеется найти марсианскую жизнь - это самое подходящее место. Впрочем, пока нет однозначной уверенности, что кто-то обитает и в земном Востоке, поэтому не известно мог ли кто-нибудь выжить в вероятном марсианском.

Тем временем, в 2004 году на Марсе высадилась пара марсоходов: Spirit и Opportunity. Их отправляли туда, где ожидали найти и исследовать участки местности, пережившие значительное воздействие воды.

Opportunity высадили на равнину Меридиана туда, где наблюдалась высокая концентрация гематита. Эта форма железной руды образуется под воздействием грунтовых вод или на дне мелководных озер.

Spirit направили в кратер Гусева, где ожидали найти следы реки, озера или даже морского залива.

[показать]

По иронии судьбы, Opportunity осуществил практически все первоначальные цели, едва только ступил на поверхность Марса. Он нашел гематит, нашел слоистые отложения, нашел отпечатки кристаллов соли, которые оставались при пересыхании водоема. С поверхности он смог подтвердить то, что и так было понятно - на Марсе когда-то была вода, причем физические условия позволяли оставаться ей жидкой. Т.е. когда-то Марс был теплее, и имел более плотную атмосферу.

[показать]

Впоследствии ученым пришлось погонять Opportunity по равнине, чтобы найти ему новую подходящую цель для исследования. Такой целью стала глина, которая могла откладываться только в пресной воде. Ранее марсоходу попадались только признаки соленых и кислотных водоемов не очень пригодных к жизни в них.

Глину он тоже нашел. Преодолел марафонскую дистанцию в 42 км и на днях разменял четырехтысячный марсианский день. Работа продолжается.

Spirit прожил короткую, но бурную жизнь. Сначала не нашел никаких признаков деятельности воды на поверхности. Затем, через 5 километров, и благодаря сломанной "ноге" нашел признаки некогда существовавших древних гейзеров. В конце своей карьеры Spirit нашел еще признак пересохшего водоема - кучу соли в яме. Эта соль и стала его могилой.

[показать]

В 2005 году на орбиту Марса вышел новый современный космический аппарат - Mars Reconnaissance Orbiter. На его борту установлена камера высокого разрешения HiRise, гиперспектрометр CRISM, радар Sharad...

[870x579]

Камера HiRise снимает поверхность Марса с разрешением до 26 см на пиксель. Такое высокое разрешение обещало вывести исследование Красной планеты на новый уровень, и ожидания ученых оправдались. Поистине сенсационным наблюдением стали марсианские "ручьи", которые заметны на склонах кратеров в средних широтах.

[показать]

Не один год ученые спорили, что же они видят, но несмотря на все сомнения пришлось признать - эти следы оставляет вода. Жидкая. В то же время, низкое давление на Марсе, за редким исключением, не позволяет воде находиться в жидком состоянии при нуле градусов или плюсовой температуре. Парадокс удалось разрешить при помощи соли - рассол, т.е. насыщенная солями вода, может оставаться жидкой при минусе Цельсия. Когда приходит весна, и дневная температура поднимается до -10 -5 градусов Цельсия, тогда рассол оттаивает, и постепенно пропитывает грунт сползая по склону, и делая его темнее. Влажные полосы постепенно вытягиваются ко дну кратера, пока летнее солнце не высушивает их. Подобный процесс удалось пронаблюдать в пустынях Антарктиды, что стало дополнительным подтверждением водяной гипотезы.

Смог MRO рассмотреть воду и там, где от него не ожидали - в средних широтах северного полушария. Ученые давно задумывались над причиной значительной разницы рельефа Марса - Южная возвышенность вся в горах и кратерах, а Северная низменность - гладкая.

[показать]

Самые осторожные исследователи предполагали, что на севере мы наблюдаем лавовое море, наподобие лунных. Оптимисты робко выражали надежду, что на севере Марса был океан, который и прилизал ландшафт, заодно выступая "подушкой" для падающих астероидов и сохраняя поверхность от кратерирования. Косвенных доказательств океана было немало, но, как мы помним, Viking, севшие в тех местах, никаких признаков моря не нашли.

Помощь оптимистам пришла с неба. Наблюдение за поверхностью Марса со спутника MRO помогло обнаружить свежие метеоритные кратеры. Недавние следы метеоритных ударов в северной низменности оказались необычными. Под слоем рыжего грунта оказалось что-то пронзительно белое.

[показать]

И это белое исчезало на открытом “воздухе” в течение нескольких недель.

[показать]

Насколько мы знаем, пыль скрывает следы на Марсе намного медленнее - в течение месяцев или лет. Поэтому никакого иного объяснения, кроме водяного льда, не нашлось. Раскопки Viking оказались недостаточно глубокими, Зарывшись сантиметров на 20 глубже они, возможно, смогли бы добраться до марсианского льда.

[показать]

Наконец, в 2008 году, спускаемый модуль Phoenix совершил посадку на севере Красной планеты в приполярных широтах. Туда, где по данным Mars Odyssey в приповерхностном слое должно находиться до 60% воды. Phoenix летел за водой, он был подготовлен для поиска воды и он нашел ее.

[600x531]

Специально оборудованный ковш, мощнее чем у Viking, смог счистить неглубокий слой пыли и обнаружить белый лед. Под солнечными лучами лед стал испаряться, и исчез за несколько дней, но Phoenix успел проанализировать и грунт и воду. Признаков жизни или органики не нашлось, но вопрос о наличии воды на Марсе оказался закрыт раз и навсегда - есть.

Но исследования на этом не остановились. Дальнейшие наблюдения со спутников позволили выявить некоторые регионы Марса, далекие от полюсов, но имеющие явные признаки ледников. Такие ледники наблюдаются, к примеру, на востоке долины Эллада.

[показать]

Считается, что в некоторые периоды жизни Марса, его ось смещалась до 45 градусов, в результате чего, на какое-то время к Элладе смещался южный географический полюс. Изменение наклона оси приводило к серьезным климатическим переменам. Полярная шапка начинала активно испаряться, и снег выпадал на новом полюсе, благодаря чему началось накопление ледников.

[показать]

Но через какое-то время полюса Марса вернулись на место и катаклизмы успокоились. По существующим предположением такое могло происходить в сравнительно недавнее время - около 20 млн лет назад. Когда атмосфера была уже достаточно тонка и ни о каких морях и океанах не было и речи - теплый и влажный период закончился на полтора-два миллиарда лет раньше.

Марсоход Curiosity, высадившись в кратере Гейла, неподалеку от экватора, льда не нашел. Зато он впервые обнаружил речную гальку.

[показать]

И сумел определить, что в приповерхностном грунте содержится от 3 до 6% воды связанной на химическом уровне. Причем российский прибор DAN позволил определить даже слоистый характер грунта. В каких-то участках верхний слой был “сухой” - с 3%, а нижний (в пределах 60 см, на которые “пробивает” DAN) “влажный” - до 5%. А где-то было наоборот - сверху 5%, а в глубине - 3%.

Газовый хроматограф SAM показал, что нагрев грунта до 400 градусов Цельсия позволяет выпаривать воду и другие полезные человеку газы: кислород, азот, углекислый газ. А вот нагрев выше уже способствует выделению серных и хлорных соединений, которые уже не способствуют жизнедеятельности. В одном образце прибору SAM удалось определить даже 6% воды, и там же нашлись нитраты и органика.

Уже в 2015 году опубликовали результаты двух исследований, касающихся воды. Первое провели с орбиты при помощи радаров спутников Mars Express и MRO. На этот раз смогли оценить залежи в ледниках в средних широтах.

[показать]

Спутниковое зондирование среднеширотных ледников показало, что эти запасы воды позволят залить на один метр в гипотетический океан идеально гладкого Марса. Благодаря предыдущим радарным исследованиям удалось подсчитать, что растопив северную и южную полярную шапку можно залить водой еще на 22 метра глубиной идеально гладкую планету размером с Марс. Осталось теперь только оценить запасы северного океана.

Второе исследование провели при помощи приборов марсохода Curiosity. Совместив результаты наблюдений климатической станции REMS, данные о содержании химических элементов и соединений в грунте от SAM, и показания о концентрации водорода от DAN, пришли к любопытным выводам.

[показать]

Оказалось, что осенью и весной, в ночное время относительная влажность марсианского воздуха может достигать 100%. А перхлораты, содержащиеся в грунте имеют свойство поглощать воду из атмосферы. Т.е. в какой-то момент соль в грунте превратится в жидкий рассол, и произойдет именно то, что наблюдал спутник MRO из космоса - потекут "ручьи". У Curiosity такого не наблюдается - все-таки у экватора достаточно сухо, а вот к средним широтам влаги должно быть больше.

Помимо всего прочего, наблюдения Curiosity отвечают на вопрос, что является источником сезонных "потоков", наблюдаемых со спутника. Высказывались гипотезы, что это может быть вечная мерзлота или ледники, но сейчас видно, что они не обязательны.

Возникающая в ночи влага отвечает на вопрос возможна ли микроскопическая жизнь на Марсе в настоящее время. Получается, возможна. Не просто поддержание жизни в состоянии коматоза, что возможно в условиях открытого космоса, а именно активная жизнедеятельность: размножение, обмен веществ, возможно даже эволюция. Конечно, маловероятно, что там найдутся местные обитатели, но зато мы можем начать подыскивать или выводить земных экстремофилов, которыми можно было бы заселить Марс, подготавливая его к терраформингу.
http://zelenyikot.livejournal.com/68747.html
http://zelenyikot.livejournal.com/68893.html