Подземные реки и марсианское топливо

Как недавнее обнаружение на Марсе жидкой воды продвинет его освоение

Сегодня поверхность Марса почти совсем сухая, но так было не всегда. Фото:  NASA/JPL/University of Arizona

Недавно американские ученые сообщили, что на Марсе есть жидкая вода. Чем интересно это открытие и продвинет ли оно освоение планеты и поиски жизни на ней, рассказывает завотделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН, руководитель научной группы прибора ДАН, доктор физико-математических наук Игорь Митрофанов.

— Обнаружение жидкой воды на Марсе — это сенсация?

— С точки зрения науки, недавнее наблюдение на Марсе жидкой воды — это не сенсация. В науке для объявления о сенсации нужно полное изменение наших представлений. Однако понимание того, что на Марсе много воды, пришло еще в 2002 году. При этом до конца прошлого века считалось, что Марс — это мертвая планета, холодная, сухая. Да, когда-то в прошлом он был похож на Землю, там были влага и толстая атмосфера — мы знаем это потому, что на поверхности видны русла высохших рек. И считалось, что, когда Марс потерял магнитное поле, а с ним и атмосферу, вода испарилась в космос.

Но в 2002 году оказалось, что это не так: на самом деле на современном Марсе много воды, просто она ушла под поверхность и превратилась в вечную мерзлоту, подобную той, что есть, например, в Якутии. Наблюдения с помощью орбитального аппарата «Марс-Одиссей» показали, что выше 60-го градуса широты под поверхностью Марса водяной лед — это основной компонент. А значит, поскольку на планете есть более теплые и более холодные сезоны, под поверхностью должны быть геотермальные точки, где лед может превратиться в жидкую воду.

Полосы, оставленные водой, на склонах кратера Гарни. Фото: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona


Вероятно, эта жидкая вода может образовывать подземные реки — такие есть в Якутии, они текут под землей, а потом могут выйти на поверхность на склоне какого-нибудь обрыва. Мы ожидали обнаружить что-то подобное и на Марсе. Косвенно наши коллеги из США это наблюдали еще около 10 лет назад, когда сравнивали снимки, сделанные с орбиты с промежутком в несколько лет. На фотографиях не было видно самих водных потоков, но были полосы от протоков, оставленные ими за время, которое прошло с момента, когда были получены первые снимки.

Открытие, о котором недавно объявили наши американские коллеги, — это как раз один из таких эпизодов. В картину современного Марса привнесен еще один элемент, но никакого переворота в наших представлениях о Марсе, сложившихся за последние годы, не произошло.

— Как появляются эти полосы, что именно там происходит?

— Вода есть в марсианской атмосфере — именно там она впервые была обнаружена. Если осадить воду из атмосферы на поверхность, получатся доли миллиметра, но при помощи спектральных наблюдений мы ее видим. Эта вода осаждается на полярных шапках Марса, которые похожи на ледяной покров земной Антарктиды. Там сосуществуют два вида льда: «сухой лед» из углекислоты и водяной лед. Водяной лед летом испаряется, уходит в атмосферу, а зимой опять осаждается и может проникать и под поверхность.



Накапливаясь под поверхностью, лед постепенно тает в теплое время, получившаяся вода растворяет в себе большое количество минералов и становится очень соленой. Благодаря этому она остается жидкой и при минусовых температурах, накапливаясь в подповерхностном резервуаре. Если воды в резервуаре становится слишком много, она может разрушить стенку резервуара и вытечь на поверхность. Но если резервуар был не слишком большой, поток воды быстро прекращается, она испаряется, а солевые отложения остаются. Когда воды в резервуаре снова накопится достаточно много, она снова вытечет на поверхность.

У нас на Земле круговорот воды в природе идет очень активно, а на Марсе воды гораздо меньше, но все же этот процесс там тоже происходит, и как раз одно из его проявлений наблюдали наши коллеги.

— Чем интересен этот результат?

— Всем интересен великий вопрос естествознания: есть ли жизнь на Марсе? Отвечая на этот вопрос, мы поймем, как возникла и развивалась жизнь на Земле. Я уже упомянул, что ранний Марс и ранняя Земля были очень похожи, и мы знаем, что в то время жизнь на молодой Земле уже была. Есть гипотеза, что вещества, необходимые для зарождения жизни, на Землю принесли кометы. Поэтому вполне возможно, что жизнь не зародилась на нашей планете, а была привнесена на нее извне. Нам повезло: Земля оказалась благоприятным инкубатором. Но на Марсе условия были схожими, и поэтому естественно предположить, что на молодом Марсе жизнь также могла бы существовать и развиваться.

Появившаяся на Земле примитивная жизнь в конце концов развилась до того уровня, который позволяет нам с вами сидеть и разговаривать на эту интригующую тему. А что произошло на Марсе? Была ли там когда-либо жизнь на самом деле? Известно, что Марс по каким-то причинам потерял свое магнитное поле и большую часть атмосферы, но, как мы знаем, жизнь имеет великое свойство очень высокой приспособляемости. Уж если она возникла, то дальше очень гибко эволюционирует, подстраиваясь под изменения внешней среды. Может быть, что-то живое осталось на Марсе до наших дней? Возможно, на современном Марсе есть какие-то оазисы с живыми организмами? Тогда, скорее всего, эти оазисы будут находиться как раз там, где есть вода.

Поэтому, если мы будем знать, в каких областях Марса много воды, где она активно циркулирует, то именно там нужно искать признаки палеожизни или даже современной жизни. На поверхности Марса не происходит геологических процессов, поэтому, вероятно, жизнь сохраняется в неизменном виде уже сотни миллионов лет.

— Может ли эта вода быть полезна для будущих колонизаторов красной планеты?

— С точки зрения будущего освоения Марса, вода — это очень ценный природный ресурс. Молекула воды — H2O — это, во-первых, кислород для дыхания, во-вторых, водород для ракетного топлива. Поэтому, если когда-нибудь будет готовиться экспедиция на Марс — а такие проекты уже обсуждаются, туда, вероятно, сначала полетят автоматы, и полетят они в самый благоприятный регион, где много воды. Там эти автоматы выработают кислород, водород для обеспечения будущей экспедиции, а уже когда все баки будут наполнены, тогда на Марс полетит космический экипаж. Нет никакого смысла везти с собой горючее для ракет с Земли, если можно его выработать непосредственно на Марсе, заправить возвратную ракету на месте и лететь обратно уже на «марсианском» топливе. Кроме того, вода важна для систем жизнеобеспечения. Правда, следует заметить, что прежде чем эту воду пить, нужно тщательно изучить состав растворенных в ней веществ.

— Как можно дальше исследовать круговорот воды на Марсе?

— Мы в нашем отделе развиваем ядерные технологии, которые позволяют, как в рентгеновском аппарате, заглянуть вглубь поверхности небесного тела. Когда мы исследуем поверхность по инфракрасному излучению, то это дает представление только о самом верхнем слое, на микрометры в глубину (микрометр — одна миллионная метра). А вот в нашем приборе ДАН (прибор ДАН — «динамическое альбедо нейтронов» — установлен на марсоходе Curiosity) мы используем нейтроны, которые позволяют просветить поверхность на глубину около метра. Этой глубины пока достаточно, потому что сейчас бурильные установки, которые делаются для исследования Марса, могут пробурить грунт примерно на такую глубину.

Марсоход Curiosity также известен своими «селфи» с Марса. Фото: NASA/JPL-Caltech/MSSS


Нейтроны хорошо «чувствуют» воду. Водород в составе воды — это протоны. Нейтроны, сталкиваясь с ними, замедляются, и мы наблюдаем изменение спектра выходящих из-под поверхности нейтронов. Следующим прибором, изучающим марсианскую грунтовую воду на основе регистрации нейтронов, станет FRIEND. Мы называем этот прибор нейтронным телескопом, он будет установлен на орбитальном марсианском аппарате Trace Gas Orbiter совместного российско-европейского проекта «ЭкзоМарс».

FRIEND — это марсианский вариант нашего прибора LEND, который работает сейчас на лунном орбитальном зонде NASA LRO. С помощью него был найден лед на полюсах Луны. Оба прибора регистрируют нейтроны в узком поле зрения. Наши первые результаты были получены в 2002 году на приборе HEND, установленном на орбитальном аппарате NASA «Марс-Одиссей» — это был всенаправленный прибор, он регистрирует нейтроны от всей видимой поверхности, от горизонта до горизонта. А у LEND и FRIEND узкое поле зрения, как у подзорной трубы. Вы летите над планетой и как в подзорную трубу смотрите, что под вами проходит. И когда вы видите резкое ослабление потока нейтронов, значит, вы пролетаете над областью с высоким содержанием воды в грунте.

«Марс-Одиссей» на фоне красной планеты. Иллюстрация: Glenn Research Center


Благодаря данным прибора FREND мы надеемся понять, где на Марсе находятся оазисы с высоким содержанием воды и связаны ли как-то эти оазисы с особенностями рельефа марсианской поверхности. Например, в кратерах больше воды, чем на ровной поверхности, или меньше? Мы сможем сопоставить оазисы с особенностями рельефа с пространственным разрешением около 10 километров. Если говорить о геологической разведке, то знание о наличии какого-то ресурса с точностью 300—400 километров, как это позволял измерить прибор HEND, довольно бессмысленно. Если же говорить о точности измерений прибором FREND, это около 20—30 километров, и вдобавок еще выяснить связь с особенностями рельефа, который можно изучить с орбиты с точностью порядка десятков метров, тогда действительно мы сможем провести детальную разведку водных марсианских ресурсов.
Теги:

Читать еще на Чердаке: