Жидкой воды на Марсе нет: как ученые семь лет принимали сухой камень за подземное озеро

В 2018 году научный мир получил новость, способную перевернуть планетологию. Данные радара MARSIS с борта европейского зонда Mars Express показали наличие жидкой воды под южной полярной шапкой Марса. Это была не просто влажная почва, а полноценное подледное озеро шириной 20 километров. Для астробиологов это означало одно: потенциальная обитаемость.

Однако наука не терпит одиночных свидетельств. Любое экстраординарное утверждение требует перекрестной проверки. Спустя семь лет новые данные с другого радара — SHARAD — ставят под сомнение существование этого резервуара. Жидкой воды там, скорее всего, нет.

Как мы пришли к этому выводу и почему предыдущие данные ввели нас в заблуждение?

Почему два радара видели разную картину?

В исследовании Марса участвуют два ключевых орбитальных радара: MARSIS (на борту Mars Express) и SHARAD (на борту Mars Reconnaissance Orbiter, MRO). Они работают на разных частотах, и это определяет их возможности.

MARSIS использует низкие частоты (3-5 МГц). Эти волны отлично проникают сквозь километры льда, но дают изображение низкого разрешения. Именно этот прибор зафиксировал аномально яркое отражение на глубине 1,5 км под Южным полюсом. В радиолокации яркость отражения часто указывает на воду.

SHARAD работает на высоких частотах (15-25 МГц). Это дает высокую детализацию, но сигнал быстрее затухает в толще льда. Долгое время считалось, что SHARAD просто не может «добить» до основания полярной шапки в этом регионе. Он показывал лед, но не видел дна. Без данных SHARAD подтвердить или опровергнуть открытие MARSIS было невозможно. Получалась патовая ситуация: один прибор видит озеро, второй слеп к глубине.

Маневр на 120 градусов

Группа ученых под руководством Гарета Моргана из Института планетологии (PSI) решила техническую проблему нетривиальным способом. Они изменили ориентацию спутника MRO.

В штатном режиме антенна SHARAD смотрит вниз, но элементы корпуса самого спутника (включая солнечные панели) создают помехи и ослабляют сигнал. Инженеры провели маневр «Very Large Roll» (VLR), развернув аппарат на 120 градусов относительно траектории полета. Это убрало экранирование корпусом и повысило мощность сигнала более чем на 10 децибел.

Эффект был мгновенным. Радар наконец-то пробил ледяной щит до самого основания. Ученые получили данные именно из той зоны, где предполагалось наличие воды.

Что увидел радар?

Результаты наблюдений оказались неутешительными для сторонников теории «мокрого Марса».

SHARAD действительно зафиксировал отражение от дна. Однако сигнал был слабым. Если бы подо льдом находилась жидкая вода, диэлектрическая проницаемость (способность вещества проводить электрическое поле) на границе раздела сред дала бы мощный, яркий всплеск на радарограмме. Вода отражает радиоволны гораздо лучше, чем камень или лед.

Данные Моргана и его коллег показывают обратное. Отраженный сигнал оказался примерно в 1000 раз слабее, чем ожидалось бы от границы «лед-вода».

Математика против воды

Авторы исследования провели моделирование. Они рассчитали, при каких условиях вода могла бы дать столь слабый сигнал на частотах SHARAD, оставаясь яркой на частотах MARSIS.

Чтобы объяснить полученные цифры наличием воды, пришлось бы допустить физически невозможные сценарии. Например, аномально высокое затухание сигнала во льду именно в этом локальном участке, чего не наблюдается в соседних зонах. Или предположить наличие экзотических рассолов с уникальными электрическими свойствами, которые меняются в зависимости от частоты радара. Бритва Оккама работает и здесь: самое простое объяснение обычно верное.

Параметры сигнала (диэлектрическая проницаемость около 4-4.5) соответствуют сухим породам, а не жидкости.

Откуда тогда взялась аномалия 2018 года?

Если воды нет, что именно увидел радар MARSIS семь лет назад? Почему сигнал в этом месте был таким ярким на низких частотах?

Ответ кроется в геологии, а не в гидрологии. Исследование предлагает альтернативное объяснение: разница в шероховатости поверхности.

Обычное дно под марсианским льдом — каменистое и неровное. Когда радиоволна ударяется о такую поверхность, она рассеивается в разные стороны, и лишь малая часть возвращается к радару. Это дает тусклый сигнал. Однако, если участок дна под ледником исключительно гладкий (например, уплотненные осадочные породы или застывшая лава), он работает как зеркало. Сигнал отражается направленно, возвращаясь к источнику с высокой мощностью.

Для низкочастотного радара MARSIS (с длиной волны около 100 метров) гладкий участок сухой породы выглядит так же ярко, как вода. Но высокочастотный SHARAD, чувствительный к более мелким деталям и физическим свойствам материала, показал истинную природу объекта. Это сухой, плотный и гладкий геологический слой.

Итог

Новые данные закрывают вопрос о гигантском подледном озере на Южном полюсе Марса. Мы имеем дело с сухой литологической аномалией, а не с потенциальным резервуаром жизни.

Это исследование — отличный пример того, как работает наука. Сенсация 2018 года стимулировала поиск новых методов (маневр VLR), что привело к сбору более точных данных. Результат разочаровывает, но приближает нас к пониманию реальной геологии планеты. Марс остается сухим, холодным и, по всей видимости, более предсказуемым, чем нам казалось.

Источник: Geophysical Research Letters