Текст уведомления здесь

Марсианские льды показались в профиль

Виталий Егоров — о том, что нового мы узнали о марсианской воде

На днях в Science вышла статья, в которой были представлены данные прямых наблюдений за слоями льда под поверхностью Марса в средних широтах. Специально для «Чердака» Виталий «zelenyikot» Егоров рассказывает краткую историю марсианской воды и том, что нового мы о ней узнали.
Добавить в закладки
Комментарии

Наличие воды на Марсе давно не является секретом. Уже сейчас примерно оценены запасы водяного льда на полюсах, обнаружены ледники в средних широтах; известно, что даже в экваториальном грунте красной планеты концентрация воды местами достигает десятой части. Однако в своем большинстве данные о содержании воды на Марсе получены при помощи радаров или нейтронных спектрометров. А собственно посмотреть на марсианский лед удается редко. И вот недавно подобная встреча таки произошла: орбитальный телескоп HiRise на борту Mars Reconnaissance Orbiter сумел заснять залежи льда на склонах оврагов в средних широтах, и ученые впервые смогли взглянуть на марсианские ледники в профиль.

Полярные льды Марса астрономы рассмотрели уже в XIX веке — это одни из самых заметных деталей его поверхности. Правда, в прежние века астрономии считалось, что полюсы красной планеты покрывает исключительно замерзшая вода. Пока оптические средства были недостаточно высокого качества, многие пробелы в знаниях о соседней планете приходилось закрывать земными аналогиями и оптимистическими ожиданиями. Именно из таких ожиданий выросла иллюзия марсианских каналов, которая продержалась до самого начала космической эры. Астрономы могли спорить о происхождении каналов, искусственном или естественном, но большинство не сомневалось в их существовании.

Карта Марса с отмеченными границами снимков Mariner 4. Изображение: NASA/JPL

Карта Марса с отмеченными границами снимков Mariner 4. Изображение: NASA/JPL

Крест на судьбе марсианских каналов поставил зонд NASA Mariner 4, который в 1964 году впервые сделал снимки достаточного качества поверхности планеты с близкого расстояния. Открывшиеся исследователям пейзажи разрушили все надежды на «землеподобность» Марса. В 1973 году советский орбитальный аппарат «Марс-5» передал первые цветные снимки — это были фотографии рыжей, безводной и безжизненной пустыни. В 1976 посадочные аппараты Viking 1 и 2 взяли пробы грунта и определили содержание в нем воды — не более 3%. К тому времени было уже известно, что сезонная изменчивость полярных льдов и рост полярных шапок в зимнее время определяется не водяным, а «сухим» углекислотным льдом. И только не меняющиеся с течением года белые пятна на полюсах — это второй слой льда, уже водяной.

Фото: NASA/JPL

Фото: NASA/JPL

Повторное открытие марсианской воды началось в 2002 году, с выводом на рабочую орбиту у четвертой планеты спутника NASA Mars Odyssey. Составной частью его прибора GRS был российский нейтронный спектрометр HEND. Регистрируя скорость нейтронов, вылетающих из грунта Марса под ударами космических частиц, HEND определял концентрацию водорода, который замедляет нейтроны. Водород в свободной форме содержаться в грунте Марса не может, поэтому его обнаружение в грунте позволило бы предполагать там наличие воды или водяного льда. К 2007 году была построена полная карта распределения воды в приповерхностном слое глубиной до 1 метра — к сожалению, глубже методом нейтронной спектроскопии не заглянуть. Данные даже о неглубоком распределении воды оказались неожиданными для многих — вода нашлась.

NASA/JPL/Институт космических исследований

NASA/JPL/Институт космических исследований

Согласно данным HEND, концентрация воды в приповерхностном слое у экватора составляла около 5% и к полюсам постоянно возрастала, достигая 90%. В 2008 году результаты орбитального зондирования подтвердились уже с поверхности, посадочным модулем Phoenix. Аппарат сел на высокой 68-й широте Северного полушария. Копнув грунт, Phoenix нашел замерзшую воду всего в нескольких сантиметрах от поверхности.

Плоды «раскопок» «Феникса». Фото: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University

Плоды «раскопок» «Феникса». Фото: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University

В 2006-м добавился радар SHARAD на спутнике NASA MRO, а в 2007 году радар MARSIS на европейском спутнике Mars Express. Они получили возможность «просвечивать» недра Марса на глубины до 3 км и не только обнаруживать слои льда под поверхностью, но и узнать мощность полярных шапок. Оказалось, Южный полюс Марса прикрыт 3,5 километра водяного льда, а Северный — 1,7 километра. Если растопить эту воду, то океан мог бы залить всю планету на глубину 21 м (если не учитывать рельеф и перепады высот). И это не предел: когда-то воды на ныне «иссохшем» Марсе было в 6,5 раза больше.

На MRO установлена и самая «дальнобойная» камера, которая когда-либо добиралась до Марса. Телескоп HiRise обеспечивает съемку с разрешением до 25 см, так что с его помощью можно было разглядеть его «обитателей» — спускаемые аппараты и марсоходы. С его помощью удалось найти спускаемый аппарат «Марса-3», смог HiRise и больше рассказать о марсианской воде.

Наблюдение за обрывистыми краями полярных шапок дало возможность изучить их слоистую структуру и увидеть настоящую внеземную лавину. Оказалось, что и подобные процессы не замерли в тонкой марсианской атмосфере, и динамике оказался подвержен не только углекислотный лед, но и водяной.

Ледяная лавина на Марсе. Фото: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Ледяная лавина на Марсе. Фото: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Еще более интересные результаты дало наблюдение за средними широтами. На Марс продолжают падать метеориты, и свежие кратеры в пустынных, казалось бы, равнинах обнажают залегающий под поверхностью лед.

Светлые пиксели посреди черного кратера — лед. Фото: NASA/JPL

Светлые пиксели посреди черного кратера — лед. Фото: NASA/JPL

Если бы Viking 1 смог копнуть на полметра глубже, он нашел бы целый пласт льда. Радарное зондирование в широтах 40—60° показало обширные залежи льда на глубинах до 1 км. По некоторым оценкам, эти запасы составляют до 5% от объема полярных шапок. Особенно обширные запасы льда наблюдаются восточнее долины Эллада, в районе кратера Грэг.

Любопытно происхождение этих залежей. Анализ характера отложений льда в полярных шапках привел исследователей к гипотезе, что Марс неоднократно менял наклон своей оси, на 40° отклоняясь от нынешних 25. В какие-то периоды Северный полюс Марса оказывался развернут прямо к солнцу, что приводило к его активному испарению. Следствием становилось повышение плотности атмосферы планеты, пылевые бури и сильные снегопады. Климатологи применили земную климатическую модель к подобному сценарию марсианской жизни и получили данные о выпадении обильных снегов к востоку от Эллады.

Наконец, на днях был опубликован результат прямых наблюдений залежей марсианского льда в средних широтах. Внимательный анализ снимков HiRise позволил ученым обнаружить несколько обрывов, в склонах которых отчетливо просматриваются белые и голубоватые слои льда.

Слой обнаженного марсианского льда. Фото: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS

Слой обнаженного марсианского льда. Фото: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS

Дополнительная проверка гиперспектральным прибором CRISM на том же MRO подтвердила наличие воды. Наблюдаемые залежи льда начинаются с глубины примерно в 1 м и достигают толщины 130 м. Они чередуются с прослойками грунта, видимо принесенного во время сезонных пылевых бурь. Большинство из обнаруженных ледяных склонов нашлось к востоку от Эллады.

Исследование этих слоев может больше рассказать о климатической истории Марса. Кроме того, теперь ясно, что будущим покорителям красной планеты не придется добывать воду по примеру героя фантастического фильма «Марсианин» — из ракетного топлива. На местности хватит ведра и лопаты, и воду можно будет использовать как раз для производства топлива и возвращения домой. Правда, средние широты не лучшее место для посадки — слишком холодно.

Серия снимков с разницей в три марсианских года позволила увидеть некоторые изменения в облике обрывов. Видимо, как и в случае с полярными ледниками, процессы таяния продолжаются, и склоны медленно эволюционируют.

Изображения: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS
Изображения: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS

Изображения: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS

Изображения: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS

Изображения: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS

Изображения: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS

Что еще интереснее, все эти замерзшие отложения возникли не миллиарды лет назад, а совсем недавно по геологическим меркам. Если шире взглянуть на некогда заснеженные, а сейчас присыпанные песком и пылью просторы, то можно поразиться их девственной чистоте — метеоритных кратеров почти нет.

Фото: NASA/JPL

Фото: NASA/JPL

Это значит, что период бурной марсианской атмосферы и метелей планетного масштаба закончился совсем недавно. По современным оценкам, приповерхностные ледниковые отложения в средних широтах Марса сформировались 10—20 млн лет назад — для жизни планеты это даже не вчера, а минуту назад.

Остается надеяться, что подобное произойдет и в будущем — плотная атмосфера значительно упростила бы процесс колонизации.

В 2018 году у Марса начнет научную работу европейско-российский спутник ExoMars Trace Gas Orbiter. На его борту размещен прибор FREND, который работает по принципу HEND, но с более высоким пространственным разрешением. Он не сможет заглянуть глубже 1 метра в грунт, зато сможет картографировать поверхностные залежи льда с гораздо более высокой точностью, которая позволит подробнее изучить запасы воды на красной планете и еще точнее планировать будущие автоматические и пилотируемые миссии.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

«Археологи не любят золото»

Руководитель Крымской новостроечной экспедиции — о своей работе

О том, что мечтают найти археологи в Крыму, о рисунках в склепе, буднях исследователей и масштабах Крымской новостроечной экспедиции Института археологии РАН, которая идет с марта 2017 года, «Чердаку» рассказал ее руководитель, доктор исторических наук Сергей Внуков.
Добавить в закладки
Комментарии

— Что отличает крымскую археологию от археологии остальной России?

— В целом Крым отличает огромная пестрота памятников. Здесь есть все: от палеолита до начала XX века, и Византия, и Золотая Орда, и кочевники, которые были в южнорусских степях. Разве что нет собственно славяно-русской археологии. Эта пестрота требует широкого кругозора от ученых, но в то же время нужны и узкие специалисты.

— Есть артефакты, которые археологам, работающим в Крыму, больше всего хочется найти? Какие-то особенные предметы гордости.

— Я могу судить об античности. В античной археологии всегда очень хочется найти надписи, лапидарные памятники, потому что у нас катастрофическая нехватка письменных источников. Древние авторы эту дальнюю окраину не очень освещали. И каждая надпись, даже плохо сохранившаяся, что-то добавляет: новые имена, события. Обычно они во фрагментах. Это ставит находки в историческую канву, оно наполняется жизнью. [ ... ]

Читать полностью

Спасут ли трансгенные водоросли гибнущие коралловые рифы

Состояние климата на планете уже сейчас таково, что большинство кораллов к 2050 году погибнет. Ученые пытаются придумать план их спасения

Коралловые рифы гибнут у нас на руках: подогретое индустриализацией изменение климата протекает для них слишком быстро, чтобы они успели адаптироваться к новым для себя условиям. Даже если к 2050 году человечеству удастся удержать уровень содержания углекислого газа в атмосфере на том же уровне, что и сегодня, гибели большинства кораллов избежать не удастся. Поэтому ученые от размышлений о том, как предотвратить гибель кораллов, уже перешли к обсуждению плана активных действий по их сохранению. О том, как эти планы выглядят сейчас, специально для chrdk. рассказывает биолог Михаил Никитин.
Добавить в закладки
Комментарии

На прошедшем в декабре 2017 года Европейском симпозиуме по коралловым рифам ученые со всего мира обсудили состояние кораллов и их судьбу в условиях изменения климата. Дело плохо: за последние два десятилетия каждые 6—8 лет, в периоды максимальной жары, коралловые рифы по всему миру обесцвечивались и частично гибли. Естественное восстановление рифов занимает 15—30 лет. Так что, если подобная динамика сохранится, к 2050 году большинство кораллов погибнет.

Спасать их, ограничивая выбросы углекислого газа, уже недостаточно и поздно. Достигнутый сейчас уровень содержания углекислого газа в атмосфере Земли достаточен, чтобы большинство кораллов не дожили до 2050 года. Поэтому просто оставить рифы в покое и ничего не трогать означает их потерять. Чтобы спасти кораллы, людям придется вмешаться в их жизнь: создать коралловое хозяйство — подобно лесному хозяйству, бороться с вредителями и активно заниматься восстановлением погибших рифов. Добрая половина докладов была посвящена попыткам это сделать.

Одни ученые рассказывали о поиске особо устойчивых видов кораллов и перспективах акклиматизации их в новых местах. Другие — о «коралловых питомниках», в которых они разводят «саженцы» и высаживают их на рифы. Третьи — об экспериментах по приданию устойчивости кораллам путем ускоренной эволюции, межвидового скрещивания или генной инженерии.

Обесцвеченный коралл, Окинава. Фото: The Ocean Agency / XL Catlin Seaview Survey

Обесцвеченный коралл, Окинава. Фото: The Ocean Agency / XL Catlin Seaview Survey

[ ... ]
Читать полностью

Норовирус, или «желудочный грипп»: спасайся кто может!

Распространенность норовирусов резко активизировалась с середины 1990-х годов прошлого века

По оценкам врачей, норовирус является сегодня основной причиной гастроэнтерита (воспалительных заболеваний желудка и кишечника). Около 90% случаев гастроэнтерита во всем мире вызывает именно норовирус. Несколько сотен друзей и знакомых «Чердака» за последний месяц пали жертвами (пусть временными) этого вируса, и мы решили разобраться в вопросе.
Добавить в закладки
Комментарии
Норовирус, компьютерная реконструкция. Изображение: nobeastsofierce / shutterstock.com
Норовирус, компьютерная реконструкция. Изображение: nobeastsofierce / shutterstock.com

По оценкам врачей, норовирус является сегодня основной причиной гастроэнтерита (воспалительных заболеваний желудка и кишечника). Около 90% случаев гастроэнтерита во всем мире вызывает именно норовирус. И многие жители крупных мегаполисов, работающие в большом коллективе в закрытых помещениях, испытали на себе все «прелести» действия этого вируса: рвоту, тошноту, головокружение и диарею. Норовирус является настоящим бичом людей, вынужденных долгое время проводить вместе: в лечебных, образовательных и исправительных учреждениях, общежитиях, пионерских лагерях и даже на круизных лайнерах. Причем, как утверждают специалисты, уберечься от норовируса практически нет шансов: если он попал в закрытый коллектив, то в скором времени подкосит практически всех.

Впервые этот коварный вирус был обнаружен в далеком 1968 году в США, в городе Норуолк. Там возникла вспышка острого гастроэнтерита среди школьников начальной школы. И только через четыре года, в 1972 году с помощью иммунной электронной микроскопии, которой подвергли законсервированные фекалии заболевших детей, был обнаружен новый, ранее неизвестный вирус. Новый вирус получил свое первоначальное название, Norwalk virus, в честь города, где впервые была зарегистрирована вспышка заражения. Свое нынешнее название, Norovirus, вирус получил в 2002 году после утверждения его Международным комитетом по таксономии вирусов. Его часто путают с ротавирусом — уж очень похожи симптомы, но ротавирус относится к семейству Reoviridae. В последнее время, в связи с удешевлением (и улучшением) средств диагностики, их стали различать.

Детальное изучение норовируса (в т.ч. клонирование и секвенирование его генома) показало, что норовирус имеет сходную геномную организацию с вирусами семейства Caliciviridae. Он относится к РНК-вирусам и генетический материал у них содержится в РНК, геном представлен однонитчатой РНК размером приблизительно 7,5 тыс. нуклеотидов. Форма норовирусов представляет собой икосаэдрический капсид, имеющий чашеобразные углубления. Диаметр вирусных частиц составляет 35—39 нм, а молекулярная масса вириона — 15 мегадальтон. Сегодня известно семи геногрупп норовирусов. Но большинство норовирусов, которые заражают людей, принадлежат к геногруппам GI и GII. Норовирусы из геногруппы II, генотип 4 (сокращенно GII.4) составляют подавляющее число вспышек гастроэнтерита по всему миру. Причем установлено, что люди с I группой крови заболевают чаще, в то время как с III и IV группой — менее восприимчивы к норовирусам. [ ... ]

Читать полностью