Марсианская «паутина» вблизи: как находка марсохода Curiosity меняет хронологию исчезновения воды на Марсе

Считалось, что Марс потерял свою воду достаточно быстро. Что после истончения атмосферы реки и озера на поверхности испарились, и планета практически сразу превратилась в сухую пустошь. Однако данные, которые марсоход NASA Curiosity собирает на протяжении последних шести месяцев, физически доказывают обратное. Процесс высыхания растянулся на гораздо больший срок, а вода продолжала активно перемещаться под землей даже тогда, когда поверхность стала непригодной для существования жидкой влаги.

Сейчас аппарат исследует обширную геологическую формацию, состоящую из сети пересекающихся каменных гребней высотой от одного до двух метров, которые с орбиты выглядят как паутина. Между этими скалистыми выступами расположены впадины, заполненные мелким песком. В геологии такие образования называются ячеистыми структурами. Само их присутствие на Марсе в таких масштабах заставляет исследователей пересмотреть сроки, в течение которых на планете могли сохраняться условия для поддержания микробной жизни.

Физика процесса: как формируется каменная сеть

Для начала, необходимо разобраться в механике образования ячеистых структур. На Земле подобные рельефы встречаются редко, в основном в пещерах или засушливых зонах, и их высота обычно не превышает нескольких сантиметров. Марсианская сеть простирается на многие километры и возвышается над поверхностью на рост человека.

Процесс их формирования занимает миллионы лет и состоит из нескольких этапов. Изначально в этом регионе находилась обычная сплошная коренная порода. В результате геологических процессов она покрылась сетью глубоких разломов. По этим трещинам начали циркулировать грунтовые воды, которые несли в себе большое количество растворенных солей и минералов.

Постепенно, по мере изменения температуры и давления, минералы выпадали в осадок на стенках трещин. Со временем они полностью заполнили пустоты, намертво их зацементировав. Когда вода окончательно ушла вглубь планеты или испарилась, начался долгий процесс ветровой эрозии.

Агрессивные марсианские ветра, несущие абразивную пыль, постепенно стачивали коренную породу. Однако участки, заполненные кристаллизованными минералами, оказались значительно тверже первоначального камня. В результате ветер выдул мягкую породу, образовав впадины, а бывшие трещины, укрепленные минералами, остались стоять в виде высоких пересекающихся гребней. То, что изначально было пустотами внутри камня, превратилось в выступающий рельеф.

Инженерные сложности управления марсоходом

Изучение этой зоны стало серьезной проблемой для инженеров Лаборатории реактивного движения NASA (JPL), которые управляют миссией. Curiosity — это массивный аппарат весом почти в 900 килограммов, а его габариты близки к размерам стандартного внедорожника.

Перемещение по сети каменных гребней требует ежедневных сложных расчетов. Верхушки каменных выступов слишком узки для того, чтобы марсоход мог двигаться по ним непрерывно: ширина многих гребней немногим превышает расстояние между колесами аппарата. В то же время спуск во впадины сопряжен с риском увязнуть. Впадины заполнены рыхлым песком, в котором металлические колеса с грунтозацепами могут начать буксовать, лишая ровер возможности двигаться дальше. Команде инженеров приходится постоянно анализировать снимки поверхности, чтобы находить безопасные проходы, балансируя между риском потери аппарата и необходимостью собрать научные данные из самых труднодоступных мест.

Противоречие высоты и времени

Особую научную значимость ячеистым структурам придает их географическое расположение. Марсоход Curiosity движется вверх по склону горы Шарп, общая высота которой достигает пяти километров. Изучение горы позволяет ученым читать историю Марса: нижние слои породы сформировались в глубокой древности, а каждый последующий слой выше по склону относится к более позднему геологическому периоду.

В нижних слоях горы марсоход ранее обнаружил явные доказательства существования обширных озер. Логично было предполагать, что по мере подъема на новые высоты — то есть при переходе к более поздним эпохам — аппарат будет фиксировать все больше признаков глобальной засухи.

Однако обнаружение массивной сети ячеистых структур на текущей высоте портит эту прямолинейную хронологию. Чтобы минералы заполнили трещины такого размера, требовался очень большой объем грунтовых вод. Тот факт, что эти воды находились так высоко в слоях породы, означает, что уровень подземных вод оставался стабильно высоким даже в те периоды, когда на поверхности планеты уже не было ни рек, ни озер.

Детальный осмотр и химический анализ

Изучая гребни вблизи с помощью бортовых камер, ученые обнаружили темные линии, проходящие ровно по центру каменных выступов. Это и есть первичные разломы, по которым когда-то текла вода. Помимо этого, камеры зафиксировали на стенках гребней и внутри впадин множество минеральных уплотнений сферической формы — так называемых конкреций.

Расположение этих конкреций дает ученым понимание хронологии событий. Поскольку они находятся поверх уже сформированных каменных стен, это означает, что вода приходила в этот регион не один раз. Сначала ранние потоки сформировали базовый прочный каркас внутри трещин, а более поздние грунтовые воды, проходя через этот же район, оставили после себя минеральные уплотнения на уже готовом рельефе.

Чтобы получить точный химический состав, Curiosity использовал буровую установку на конце манипулятора. Ровер просверлил породу в трех местах: на вершине гребня, внутри песчаной впадины и в переходной зоне перед началом сети. Добытый каменный порошок был отправлен внутрь корпуса марсохода, где работают рентгеновский спектрометр и высокотемпературная печь.

Анализ показал четкую разницу в составе: гребни содержат большое количество глинистых минералов, а порода во впадинах богата карбонатами. Эти данные помогают ученым точно реконструировать химический состав воды разных эпох, так как разные классы минералов формируются при различном уровне кислотности и температуры жидкости.

Недавно марсоход добыл четвертый образец, к которому применили самую сложную процедуру на борту — метод с использованием жидких химических реагентов. Обычно при нагревании породы в печи ровера сложные соединения на основе углерода разрушаются. Добавление специальных жидкостей к измельченной породе до ее нагревания меняет ход реакции. Это единственный доступный на Марсе способ зафиксировать наличие органических молекул, которые являются необходимыми компонентами для зарождения биологической жизни.

Дальнейший маршрут миссии

Ожидается, что в марте текущего года Curiosity покинет зону ячеистых структур. Дальше его маршрут пролегает через так называемый сульфатный горизонт. Это слои породы, которые содержат большое количество сернистых солей. Сульфаты образуются в условиях, когда вода интенсивно испаряется, оставляя после себя концентрированный соляной осадок. Изучение этого горизонта поможет понять финальную стадию высыхания Марса.

Однако данные, уже собранные в зоне каменных гребней, однозначно корректируют научные модели. Они доказывают, что потеря воды Марсом не была мгновенной. В то время как поверхность планеты превращалась в холодную пустыню из-за истончения атмосферы, глубоко под землей сохранялась активная гидрологическая сеть. Эта подземная влажная среда, защищенная слоями породы от радиации и температурных перепадов, могла служить стабильным убежищем для потенциальных форм жизни на миллионы лет дольше, чем предполагала ранняя наука.

Источник:NASA