распечатать

ВЛАЖНЫЙ МАРС

Леонид Ксанфомалити

Пересмотр представлений о "сухом" Марсе

Обнаруженные на поверхности планеты узкие, длинные склоновые овраги испещрены следами недавних водных потоков, что радикально изменяет представления о Марсе как сухой, гидрологически мертвой планете.

"Человеческий мир Марса, вероятно, значительно опередил нас во всем и достиг большого совершенства… они построили города и научились всяким искусствам", - говорилось в посвященной Марсу главе книги знаменитого французского популяризатора науки К. Фламмариона "Живописная астрономия". В русском переводе труд вышел в 1897 г. Начиная с античных времен у ученых не было более популярной идеи, чем поиск жизни в других мирах. И не только у ученых. "В других краях, в других мирах такое ль небо, как у нас?" - пела Марфа из оперы Н. А. Римского-Корсакова "Царская невеста". С определенной натяжкой можно сказать, что похожее небо есть только у Марса. Но та единственная амино-нуклеино-кислотная форма жизни, которую мы знаем, без воды существовать не может. Поэтому поиск жизни на Марсе начинается с поиска воды.

Установленная на спутнике Марса Mars Global Surveyor (MGS) камера высокого разрешения, способная различить образования размером в 1 м, позволила сделать важное открытие. Обнаруженные на поверхности планеты узкие, длинные склоновые овраги испещрены следами недавних водных потоков, что радикально изменяет представления о Марсе как сухой, гидрологически мертвой планете. До сих пор принято было считать, что темные следы на склонах долин и кратеров оставлены осыпями мелкого песка или камнепадами, но только не водой. Наличие воды в жидком состоянии на Марсе считалось невозможным из-за низкого атмосферного давления и температуры. Однако изучение снимков, полученных с новых аппаратов, в том числе и с нового аппарата Mars Odyssey, позволяет выделить ряд объектов, по-видимому, связанных с обильными источниками грунтовой воды, на склонах на глубине 200-500 м под уровнем прилегающих равнин.

Атмосферное давление и температура на Марсе действительно настолько низкие, что вода там должна одновременно и испаряться, и замерзать. Все ее запасы сосредоточены главным образом в виде залегающего глубоко под поверхностью льда ("вечной мерзлоты"). На планете можно найти низменности, где давление выше критического для существования жидкой воды, но температура и там остается предельно низкой: среднегодовая температура на экваторе близка к -60°С, а в полярных районах к -120°С. Однако столь суровым Марс был не всегда. На ранних этапах истории (более 2 млрд. лет назад) на Красной планете существовали большие открытые водоемы.

Рис. 1. Долина Нанеди - одно из многочисленных геологических свидетельств богатой водой древней истории Марса. (NASA/MSSS/Release MOC2-73 Nanedi.)

Древние водные потоки оставили свой след на поверхности Марса. На рис. 1 показан снимок долины Нанеди в Земле Ксанфа с координатами 5,1°N и 48,3°W. Размеры представленного здесь района 28х10 км. Сотни миллионов лет назад вода оставила здесь широкое, около 2,5 км, русло. Справа можно увидеть следы и более поздних потоков на дне долины, т.к. климат Марса менялся медленно. Есть свидетельства, что более 2 млрд. лет назад на Марсе мог существовать неглубокий океан.

Рис. 2. Осыпи грунта и нитевидные овраги на склоне кратера (42,4°S, 158,2°W). Овраги похожи на следы земных горных рек, но в отличие от земных оврагов, они расширяются вверх по склону. (MGS MOC Release No. MOC2-320. NASA/JPL/MSSS.)

Рис. 3. Склон небольшого кратера в том же районе (Ньютон), что и на рис. 6, с многочисленными извилистыми оврагами и осыпями сыпучего материала на дне. Извилистые овраги свидетельствуют о меньшей крутизне склона, но также сужаются вниз. (MGS MOC Release No. MOC2-317. NASA/JPL/MSSS.)

Вместе с тем существуют и значительно более поздние свидетельства присутствия воды на планете. На рис. 2 хорошо видно смещение больших масс грунта по склону. Подобные оползни во многих районах Марса происходят, по-видимому, в современную эпоху. Наряду с осыпями здесь можно видеть нитевидные километровые овраги или борозды, спускающиеся по склону (показаны стрелками). Они очень похожи на промоины, оставляемые земными горными реками или ручьями, и образованы, как предполагается, потоками воды. Однако они имеют необычный вид: в отличие от земных склоновых рек, марсианские вверху склона широки, а затем сужаются, заканчиваются тонким ручьем и исчезают на дне долины или кратера. Кажется, будто они текли вверх по склону. Кстати, это говорит о том, что овраги не могли возникнуть под действием камнепада, селя или пылевых оползней. Их ширина и глубина в узкой части составляет 10-20 м, а протяженность варьируется от сотен метров до нескольких километров.

На снимках видно много таких оврагов, или промоин. Следы грунтовых вод наблюдаются в основном в пределах широт от 30°S до 30°N. Их источники всегда находятся на крутых склонах долин и кратеров на глубине 150-500 м под уровнем прилегающей равнины. По-видимому, на этих глубинах расположены горизонты грунтовых вод. Этот уровень выделяется и на склонах долины Нанеди (рис. 1).

Еще один небольшой кратер (центр 42°S, 158°W), расположенный внутри более крупного кратера Ньютон, показан на рис. 3. Виден склон с многочисленными извилистыми оврагами и осыпями на дне (размер участка на снимке 4,3х2,9 км). Как и на рис. 2, овраги и их притоки сужаются, спускаясь вниз по склону. Ученым удалось найти объяснение этому парадоксальному явлению. Если поток грунтовой воды вышел на поверхность и ринулся вниз, то в условиях Марса размер развивающейся промоины будет зависеть прежде всего от температуры поверхности. Если в экваториальной зоне Марса она в течение суток варьируется от -15°С до -50°С, поток должен постепенно впитываться в сухой морозный грунт и замерзать. Образуется канал из промерзшего грунта, по которому он устремляется дальше, наращивая промерзшее ложе и частично превращаясь в лед. Именно поэтому, в отличие от земных рек, потоки на Марсе сужаются вниз по склону. В некоторых случаях, когда дневная температура верхнего слоя грунта положительная, потоки могут распространяться на большие расстояния, но их интенсивность также должна уменьшаться с расстоянием из-за расхода воды на увлажнение песчаного грунта. Боковые ответвления тоже становятся все уже, поскольку вода в них быстро замерзает.

Форму оврагов (прямые на рис. 2 и извилистые на рис. 3), скорее всего, определяют, как и на Земле, крутизна склона и свойства почвы. По отвесным склонам поток несет с собой значительные массы грунта, в извилистых оврагах его существенно меньше. Под действием осыпей и ветров овраги постоянно разрушаются, а потому возраст их, скорее всего, невелик.

	Рис. 5. Чаши и бассейны в природном заповеднике Памук-Кале (Турция) образуют изрезанные границы плато. (Снимки автора.) Рис. 7. Бассейн на дне небольшого кратера, расположенного внутри кратера Ньютон. Размер видимой части бассейна достигает 3,4 км. (MGS MOC Release No. MOC2-242. NASA/JPL/MSSS.)
Рис. 4. След потока на склоне достигает 6 км. Для земных грунтов потемнение соответствует увлажнению. Можно предположить, что более темный след относится к более позднему источнику. (MGS MOC m0807686b. NASA/JPL/MSSS.)

Источник, расположенный на склоне (рис. 4), создает след, протяженность которого достигает 6 км. Это, скорее всего, свидетельствует об увлажнении грунта с последующим его промерзанием. На снимке видно, что два источника, отстоящие один от другого примерно на 150 м, оставили следы разной плотности: более плотный и узкий возникает ниже и проходит вдоль менее плотного, но более широкого. Напрашивается вывод, что плотный след - более поздний и возник, когда верхний источник уже иссяк. В отличие от изображений на рис. 2 и 3, глубокого оврага здесь нет. Возможно, это молодой источник, а промоина формируется в течение достаточно длительного времени.

В условиях низкой температуры на Марсе переход воды в фазу льда следует рассматривать в динамике: выбрасываемая родниками теплая вода соприкасается с сухим холодным грунтом, частично впитывается и замерзает, образуя ледяное ложе, по которому поток распространяется дальше. Вода постепенно впитывается, и все большая ее часть переходит в фазу льда. Длина русла зависит от температуры воды и грунта и в экваториальной зоне на гладких склонах может достигать нескольких километров.

Отвлечемся немного от Марса. Природный заповедник Памук-Кале (Турция) известен уникальными образованиями на горном склоне (рис. 5). Вода многочисленных термальных источников, обогащенная кальциевыми гидросолями, минерализуется, образуя расположенные каскадом гигантские чаши, заполненные водой (рис. 5а). Постепенно вода отступает (рис. 5б), образуя горизонтальные кромки. Когда источник иссякает, пустеют и чаши, окаймляющие плато неровной белой цепью (рис. 5в). На Марсе, даже с учетом втрое меньшей силы тяжести, никакие песчаные запруды не смогли бы удержать подобное количество воды. Но если поверхность очень холодная, поступающая вода, впитываясь в морозный грунт, могла бы быстро создать из льда и промерзшего грунта формы, обладающие теми же свойствами, что и в Памук-Кале.

Рис. 6. Склон кратера с протоками (39°S, 166°W). В нижней части снимка находится бассейн, подобный чашам на рис. 5 и 7, но значительно больший по размерам. (MGS MOC Release No. MOC2-320. NASA/JPL/MSSS.)

В нижней части снимка (рис. 6) склона марсианского кратера с протоками (39°S, 166°W) находится такой же бассейн, как на рис. 5, но большего размера. Горизонтальная ось снимка около 1500 м. Ширина бассейна около 600 м, а площадь около 0,3 км2. Его внешняя граница выделяется светлой окантовкой. Вероятно, это ледяная кромка. Главный источник находится, по-видимому, справа над чашей. Крутой склон свидетельствует о том, что поток должен нести с собой значительное количество грунта.

Еще больший бассейн можно видеть на дне небольшого кратера (центр 41°S, 160°W), расположенного внутри кратера Ньютон (рис. 7). Горизонтальная ось снимка составляет 7 км, а размер видимой части бассейна достигает 3,4 км. На крутом склоне видны многочисленные нитевидные следы потоков, возникающих в стенке вала кратера на глубине примерно 0,5 км под уровнем поверхности. Дно затуманено; возможно, это испарения над открытой поверхностью бассейна. Внешняя его граница, так же как на рис. 6, выделяется светлой окантовкой.

Марс - сухая и морозная планета, но в некоторых его районах действуют источники и, по-видимому, устойчивые каналы грунтовых вод. Наличие жидкой воды должно играть важную роль в современных гидрологических циклах на планете. Поиск жизни на Марсе начался с поиска воды, и она, по-видимому, найдена. Остается отыскать жизнь на Марсе.

ОБ АВТОРЕ:
Ксанфомалити Леонид Васильевич - доктор физ.мат. наук, заведующий лабораторией Института космических исследований РАН, заслуженный деятель науки РФ. Научные интересы: исследования Солнечной системы и планетных систем других звезд, происхождение жизни, строение Вселенной, техника исследований космоса, астрономические наблюдения.

Автор около 300 научных публикаций, в том числе 4 книг (научные и научно-популярные монографии).