2 июня 2003 года с космодрома Байконур в степях Казахстана стартовала ракета-носитель «Союз-ФГ». Полезной нагрузкой в тот раз был аппарат Европейского космического агентства — Mars Express. Разгонный блок «Фрегат» перевёл автоматическую межпланетную станцию на траекторию перелёта к Марсу, и уже через полгода она достигла своей цели, выйдя на орбиту вокруг Марса 25 декабря 2003 года, где до сих пор работает.
Основной научный прибор Mars Express — низкочастотный геологический радар MARSIS, две принимающих тонких антенны которого развернулись на 40 метров в размахе. Он способен видеть вглубь геологических пород на несколько километров и по отражающей способности определять примерный состав слоёв.
В 2018 году, после десятилетия сбора и анализа данных с прибора MARSIS, группа планетологов заявила об обнаружении под южной полярной шапкой Марса области, которую можно интерпретировать как подлёдное озеро. Она настолько хорошо отражала радиоволны, что была ярче, чем находящаяся над ней поверхность. Учёные интерпретировали результат как тонкий подлёдный резервуар очень солёной воды или слой осадочных пород, насыщенных незамерзающей водой. В более поздних работах других планетологов нашлись и новые похожие резервуары. Начала вырисовываться картина из сети взаимосвязанных подлёдных озёр, как это бывает на Земле. И в таких озёрах теоретически может существовать некая форма жизни.
Вообще говоря, учёных, которые изучают полярные области Марса, не так много. Это сообщество по интересам из примерно 80 научных сотрудников со всей Земли. Все они очно или заочно знакомы друг с другом, поддерживают контакт и время от времени встречаются на тематических конференциях. Там они обмениваются опытом и идеями, всячески помогают друг другу, выдвигают новые гипотезы и ищут слабые места в исследованиях коллег. Так произошло и в случае с марсианскими «озёрами»: вскоре появились критические работы, в которых авторы указывали на то, что теплового потока из недр Марса недостаточно для поддержания воды подо льдом в жидком состоянии — даже в виде густого рассола с перхлоратами. Слишком близко к поверхности располагались эти «озёра».
Для поддержания таких характеристик требуется сразу два условия: очень высокая концентрация солей для формирования рассола, и некий локальный источник тепла, то есть геотермальная активность. Хотя на Марсе и обнаружены следы относительно недавнего вулканизма, вряд ли он имеет место под южным ледниковым щитом планеты — иначе от нагрева исказилась бы форма подстилающей поверхности. Поэтому учёные попытались найти более правдоподобное и простое объяснение ярких отражений на радарных снимках.
Показатель отражающей способности материала для радиоволн, в которых работает MARSIS, зависит его диэлектрической проницаемости. Возник вопрос — не ошиблись ли учёные, приняв за воду нечто, способное при определённых условиях сформировать яркую область на радарном изображении, «замаскировавшись под воду»? Чтобы проверить эту догадку, учёным нужно было воссоздать марсианские условия в лаборатории и изучить в них диэлектрическую проницаемость разных материалов, которые часто встречаются на Красной планете. Одним из вариантов стал смектит — один из видов глины, который образовался на Марсе в древности, при взаимодействии жидкой воды с осадочными породами, и широко представлен на его поверхности. Он способен как губка впитывать в себя воду — благодаря этому на Земле его используют в медицине в качестве энтеросорбента (да-да, название минерала кажется знакомым именно поэтому).
В нормальных условиях коэффициент диэлектрической проницаемости смектита составляет 30-40. Чтобы материал выдавал такие отражения, какие обнаружил радар MARSIS, эта величина должна составлять примерно 15-20. В лаборатории учёные охладили образцы смектита с различной насыщенностью водой до температуры, которая должна быть под марсианским полярным ледником, и измерили его диэлектрическую проницаемость. Она совпала с величиной, которую получили в областях с яркими отражениями под южной полярной ледяной шапкой Марса. Учёные подсчитали, что для формирования таких отражений достаточно слоя смектита толщиной всего в метр-полтора. Другие измерения с орбиты, которые провел инструмент CRISM космического аппарата Mars Reconnaissance Orbiter, показали, что залежи замёрзшего смектита широко встречаются и вокруг ледяного щита. Таким образом, жидкая вода перестаёт быть необходимой для объяснения наблюдаемой на MARSIS картины.
Авторы работы считают, что на ранних этапах истории Марса южные приполярные области время от времени заливала жидкая вода и видоизменяла осадочные породы. Постепенно это сформировало залежи насыщенного водой смектита, которые затем смёрзлись. Пролежав в таком виде миллиарды лет, они постепенно оказались замурованы под ледниковым щитом, и остались там неизменными. Их-то и обнаружил с орбиты Mars Express.
Точно проверить гипотезу можно только высадившись на Марсе и пробурив насквозь его полярную шапку. Однако это объяснение намного проще и логичнее, чем подлёдные озёра солёной воды. Выводы учёных немного огорчают в плане перспектив обнаружения жизни на Марсе — но так работает наука.
Автор: Дмитрий Логинов
Источники: phys.org, phys.org, wiley.com, wiley.com, hou.usra.edu
