Источником озер Марса скорее всего глина, а не вода

На этом изображении, сделанном Марсианским орбитальным аппаратом НАСА, показаны ледяные щиты на южном полюсе Марса. Космический корабль обнаружил глины рядом с этим льдом; ученые предположили, что такие глины являются источником радарных отражений, которые ранее интерпретировались как жидкая вода. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех / Университет Аризоны / JHU.

Таким образом, интерес возник в 2018 году, когда группа во главе с Роберто Орозеи из итальянского Института астрофизики объявила, что они обнаружили свидетельства существования подземных озер глубоко под ледяной шапкой на южном полюсе Марса. Приведенные ими свидетельства были получены с помощью радарного прибора на борту орбитального аппарата Mars Express Европейского космического агентства.

Радиолокационные сигналы, которые могут проникать сквозь скалы и лед, изменяются по мере отражения от различных материалов. В этом случае они производили особенно яркие сигналы под полярной шапкой, которые можно было интерпретировать как жидкую воду. Возможность создания потенциально обитаемой среды для микробов была захватывающей.

Но после более внимательного изучения данных и экспериментов в холодной лаборатории здесь, на Земле, некоторые ученые теперь думают, что глина, а не вода, может создавать сигналы. За последний месяц три новых документа раскрыли эту тайну – и, возможно, иссушили гипотезу об озерах.

Марсианские полярники принадлежат к небольшому сплоченному сообществу. Вскоре после публикации статьи об озерах около 80 из этих ученых собрались на Международной конференции по полярным исследованиям и исследованию Марса в Ушуайе, приморской деревне на южной оконечности Аргентины.

Подобные встречи дают возможность проверить новые теории и оспорить точки зрения друг друга. «Сообщества могут создавать свои собственные небольшие научные экосистемы», – сказал Джеффри Плаут из Лаборатории реактивного движения НАСА, один из ученых, приехавших на конференцию. Он также является одним из главных исследователей, наряду с Орозеи, инструмента, который стоит за интригующими радиолокационными сигналами, названного MARSIS, или Марсианский усовершенствованный радар для подземного и ионосферного зондирования. «Эти сообщества могут быть самоподдерживающимися, – продолжил он, – потому что вы передаете кому-то вопрос, и, возможно, через год или два они помогут вам найти ответ».

Много разговоров касалось подземных озер. Сколько тепла потребуется, чтобы вода оставалась жидкой под всем этим льдом? Может ли рассол достаточно снизить точку замерзания воды, чтобы она оставалась жидкой?

Конечно, это не первый случай, когда захватывающая гипотеза, связанная с водой, вызвала шквал исследований. В 2015 году орбитальный аппарат NASA Mars Reconnaissance Orbiter обнаружил то, что выглядело как полосы влажного песка, стекающие по склонам, – явление, названное «повторяющимися линиями склона». Но неоднократные наблюдения с использованием камеры HiRISE – или камеры для научного эксперимента по визуализации изображений с высоким разрешением – с тех пор показали, что это, скорее, результат песчаных потоков. В документе, опубликованном ранее в этом году, было обнаружено множество повторяющихся линий склонов после глобальной пыльной бури на Марсе в 2018 году. Открытие предполагает, что оседающая на склонах пыль вызывает потоки песка, которые, в свою очередь, обнажают более темные подземные материалы, которые придают линиям характерную окраску. .

Как и в случае с гипотезой о влажном песке, несколько ученых начали придумывать способы проверить гипотезу о подповерхностных озерах. «Было ощущение, что мы должны попытаться решить эту проблему», – сказал Исаак Смит из Йоркского университета в Торонто, который организовал конференцию в Ушуайе и руководил самым последним исследованием, показывающим, что глины могут объяснить наблюдения.

Среди этих ученых был Плаут. Он и Адитья Хуллер, докторант Университета штата Аризона, стажировавшийся в JPL, проанализировали 44 000 радиолокационных эхосигналов от основания полярной шапки за 15 лет данных MARSIS. Они обнаружили еще десятки ярких отражений, подобных тем, что были в исследовании 2018 года. Но в их недавней статье, опубликованной в Письма о геофизических исследованиях, они обнаружили многие из этих сигналов в областях, близких к поверхности, где должно быть слишком холодно, чтобы вода оставалась жидкой, даже при смешивании с перхлоратами, разновидностью соли, обычно встречающейся на Марсе, которая может снизить температуру замерзания воды.

Затем две отдельные группы ученых проанализировали радиолокационные сигналы, чтобы определить, может ли что-то еще генерировать эти сигналы.

Карвер Бирсон из АГУ завершил теоретическое исследование, предложив несколько возможных материалов, которые могут вызывать сигналы, включая глины, металлосодержащие минералы и соленый лед. Но Исаак Смит из Йоркского университета, зная, что группа глин, называемых смектитами, присутствует по всему Марсу, пошел дальше в отдельной, третьей статье: он измерил свойства смектита в лаборатории.

Смектиты выглядят как обычные породы, но давно образовались жидкой водой. Смит поместил несколько образцов смектита в цилиндр, предназначенный для измерения того, как радиолокационные сигналы будут взаимодействовать с ними. Он также облил их жидким азотом, заморозив до минус 58 градусов по Фаренгейту (минус 50 градусов по Цельсию) – близко к тому, что они были бы на южном полюсе Марса.

«В лаборатории было холодно», – сказал Смит. «В то время в Канаде была зима, и закачка жидкого азота в комнату сделала ее холоднее. На мне была шапка, куртка, перчатки, шарф и маска из-за COVID-19. Это было довольно неудобно ».

После замораживания образцов глины Смит обнаружил, что их ответ почти полностью соответствует данным радарных наблюдений MARSIS. Затем он и его команда проверили наличие глины на Марсе рядом с этими радиолокационными наблюдениями. Они полагались на данные от MRO, который несет в себе картографирование минералов под названием Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer, или CRISM.

Бинго. Хотя CRISM не может заглядывать сквозь лед, Смит обнаружил смектиты, разбросанные в окрестностях ледяной шапки южного полюса. Команда Смита продемонстрировала, что замороженный смектит может создавать отражения – не требуется необычного количества соли или тепла – и что они присутствуют на южном полюсе.

Невозможно подтвердить, что такое яркие радиолокационные сигналы, не приземлившись на южном полюсе Марса и не пройдя километры льда. Но недавние статьи предложили правдоподобные объяснения, более логичные, чем жидкая вода.

«В планетологии мы часто просто медленно приближаемся к истине», – сказал Плаут. «Исходная статья не доказывала, что это была вода, и эти новые бумаги не доказывают, что это не так. Но мы стараемся максимально сузить возможности, чтобы достичь консенсуса ».