Горячее сердце юга: внутри Марса обнаружена гигантская тепловая аномалия

Новое исследование недр Марса еще раз подчеркивает: Красная планета — это мир двух совершенно разных половин.

Глубоко под южным полушарием Марса температура на 750 градусов по Фаренгейту (400 градусов Цельсия) выше, чем под северным. Это открытие углубляет тайну странного контраста между плоским севером Красной планеты и изрезанными южными нагорьями.

«Ученые обычно предполагают, что недра планетных тел в целом сферически симметричны, но это не обязательно так», — отметил в заявлении Александр Берн, ранее работавший в Калтехе, а ныне — в Университете Аризоны. Берн — ведущий автор новой научной статьи, сообщающей об обнаружении загадочной южной горячей точки.

Берн и его команда вернулись к архивным данным трех космических аппаратов NASA — Mars Global Surveyor, Mars Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiter — чтобы найти тонкие изменения их орбитальной скорости, которые могут отражать вариации гравитационного поля Марса. Используя разработанную Берном технику под названием «приливная томография», которая также учитывает изменяющееся гравитационное влияние Солнца на Марс по мере движения Красной планеты по эллиптической орбите, он и его коллеги смогли построить модель внутренней структуры и температуры Марса.

То, как гравитационное поле, которое испытывали разные аппараты, менялось со временем, существенно отличается от того, что можно было бы ожидать, будь недра Марса идеально сферически симметричны. Чтобы объяснить эту разницу, мантия под южным полушарием Марса должна быть на 390–750 градусов по Фаренгейту (200–400 градусов Цельсия) теплее, чем мантия на севере. Более того, она настолько горяча, что до сих пор может быть частично расплавленной. Это может иметь значение как для обитаемости Марса, так и для того, как долго планета оставалась вулканически активной.

Возможно, не стоит удивляться тому, что недра Марса на юге отличаются от севера: мы уже знаем, что его поверхность асимметрична. Север Марса характеризуется низменными равнинами, тогда как кора планеты на юге в среднем на 15,5 миль (25 километров) толще, чем на севере, и покрыта кратерированными нагорьями. В северных низменностях когда-то мог находиться большой океан.

«Дихотомия между севером и югом важна для понимания, потому что она дает информацию о процессах, которые могли влиять на гидрологию Марса, включая формирование бассейнов, возможно, удерживавших воду», — сказал Амирхоссейн Багери из Калтеха, второй автор исследования.

Более горячая южная мантия может также объяснить некоторые другие загадочные открытия на Марсе. Посадочный аппарат NASA InSight, завершивший миссию в декабре 2022 года и оснащенный сейсмометром, обнаружил, что сейсмические волны затухают на юге быстрее — это можно объяснить более высокой температурой. Кроме того, магнитные аномалии, обнаруженные в железосодержащих минералах на юге, теперь обретают больше смысла.

Сегодня Марс лишен глобального магнитного поля, но более четырех миллиардов лет назад оно у него было. Если подъем горячего вещества из южной мантии разогрел кору выше «температуры Кюри» — температуры, при которой материалы теряют собственные магнитные свойства и остаточная намагниченность в них становится наведенной, — это могло привести к образованию загадочных магнитных следов в железосодержащих минералах.

«Понимание внутренней структуры планетных тел помогает нам разгадать процессы, определившие их формирование и эволюцию», — сказал Берн, хотя происхождение раскола Марса на север и юг до сих пор остается неясным. Непонятно даже, вызваны ли поверхностные различия теми же причинами, что и внутренние.

Главный кандидат на объяснение — древний гигантский удар более четырех миллиардов лет назад, в результате которого северные низменности на самом деле являются огромным ударным бассейном. Выбив гигантскую впадину на севере, удар способствовал высвобождению большого количества внутреннего тепла, позволив северной мантии остыть быстрее, чем южной.

С другой стороны, более толстая кора на юге могла сыграть роль эффективной крышки, препятствовавшей утечке тепла из мантии. Это можно проверить: подъем магмы должен был замедлиться, столкнувшись с толстой плотной корой, создав расплавленные интрузии под поверхностью, которые можно было бы выявить по гравитационным данным более высокого разрешения.

Это вопросы для будущих миссий, а технику приливной томографии можно применить и к другим мирам — от Меркурия до крупных спутников Юпитера.

«По мере получения новых гравитационных данных мы сможем определять трехмерные тонкости внутренней структуры планет, — сказал Берн. — Эти выводы, в свою очередь, дадут нам план для проектирования будущих миссий и научного исследования этих миров».

Открытие тепловой аномалии Марса было описано 27 августа в журнале Nature.

Приливная томография: как спутники «взвесили» недра Марса

Метод, предложенный Александром Берном, по сути превращает космические аппараты в сверхчувствительные гравиметры. Каждый виток зонда вокруг Марса фиксирует мельчайшие изменения скорости, вызванные неоднородностями гравитационного поля планеты. Но главное новшество — учет приливного воздействия Солнца.

По мере движения Марса по вытянутой орбите солнечная гравитация слегка деформирует планету. Характер этой деформации зависит от того, насколько жесткими или, наоборот, податливыми являются недра на разной глубине. Анализируя, как именно менялось гравитационное поле в ответ на эти приливные воздействия, ученые получили возможность «заглянуть» внутрь планеты без единой скважины.

Результат оказался неожиданным: мантия южного полушария не просто теплее северной — она может содержать зоны частичного плавления. Если это подтвердится, придется пересмотреть представления о том, когда Марс утратил вулканическую активность. Возможно, под южными нагорьями до сих пор существуют очаги магмы, которые просто не пробились на поверхность из-за толстой коры.

Это открытие имеет прямое отношение и к поискам следов жизни. Тепло недр — один из ключевых факторов, способных поддерживать подповерхностные водоносные горизонты в жидком состоянии. Если под южным полушарием Марса действительно существуют горячие зоны, вероятность обнаружения подповерхностных резервуаров с жидкой водой — и потенциально пригодных для микробной жизни условий — возрастает.

Теперь перед планетологами стоит задача объяснить, почему вообще возник такой температурный контраст. Гипотеза гигантского удара выглядит убедительно, но не объясняет всех деталей. Возможно, ответ кроется в сочетании нескольких факторов: древнего столкновения, неравномерного радиоактивного разогрева и различий в толщине коры, которые вместе создали уникальную тепловую структуру Красной планеты.

Источники: Berne, A., Bagheri, A. et al. (2026). Nature; заявления Александра Берна и Амирхоссейна Багери; архивные данные NASA (Mars Global Surveyor, Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter); данные миссии InSight.