какие формы рельефа марса дают возможность ученым сделать вывод что на планете была вода
«Окаменела» или испарилась — загадка исчезновения воды на Марсе раскрыта?
Марс расположен на сравнительно небольшом расстоянии от Земли, при этом условия на планете сравнительно благоприятные для человека, в сравнении с другими планетами солнечной системы. В настоящий момент он является наиболее вероятным претендентом для основания на нем колонии людей. Поэтому за ним с интересом наблюдают ученые со всего мира. Одна из загадок планеты, над которой они ломают голову — как и почему исчезла вода. Нет сомнений в том, что полтора миллиарда лет назад она была здесь в большом количестве. Вполне возможно даже, что здесь существовала жизнь, но потом произошла катастрофа, которая и привела Марс к нынешнему его состоянию. Интерес ученых к этой планете вызван еще и тем, что процессы, которые привели к “обезвоживанию” Марса теоретически могут угрожать в будущем и Земле. Найти ответы на поставленные вопросы помогает орбитальный зонд и марсоходы. И уже даже имеются на этот счет некоторые обоснованные предположения.
По предположению ученых Марс раньше был покрыт слоем воды глубиной от 100 до 1000 м
Вода на Марсе “окаменела”
По мнению ученых, почти всю поверхность планеты покрывала вода, причем глубина достигала на отдельных участках 1 км. Однако в какой-то момент климат начал резко меняться. В результате Марс стал пустынным и холодным.
Ранее предполагалось, что вода, а точнее водород, который является ее составляющей, просто улетучился в космос. На Земле этого не происходит по той причине, что она обладает магнитосферой. Последняя не позволяет атмосфере покинуть приделы планеты. У Марса такой магнитосферы нет, что и стало причиной исчезновения воды.
Однако позже выяснилось, что скорость, с которой водород покидает пределы Марса, достаточно низкая. Поэтому она не успела бы за это время испариться. Если предположить, что скорость испарения всегда была равномерной, то на Марсе должно было остаться 33-90% от первоначального количества воды.
Ученые выяснили, что вода на Марсе не могла испариться сама по себе
В ходе марсианской миссии ученые обнаружили множество свидетельств трансформации воды. Об этом говорит профессор Калифорнийского института Бетани Эльман. То есть в процессе видоизменения коры она впитывает жидкую воду и связывает ее в минералы.
Как сообщает Майкл Мейер, руководитель научной программы НАСА по изучению Марса, большая часть воды на планете была заключена в минералы. Гидратация, то есть процесс заключения воды в минералы, могла коснуться огромных объемов жидкости, вплоть до слоя глубиной в один километр.
К слову, в 2018 году поступила от межпланетной станции Mars Express поступила информация о том, что в районе Южного полюса предположительно находится озеро с жидкой водой. Позже ученые стали сходиться во мнении, что «вода» на самом деле является замерзшей глиной.
Подписывайтесь на наш Telegram-канале, чтобы не пропустить последние новости и сообщения от НАСА и Роскосмоса
Вода на Марсе исчезла в результате песчаных бурь
Ранее в журнале Nature вышла статья, в которой международная группа ученых рассказала как песчаные бури на Марсе вероятно стали причиной исчезновения воды. Как предполагает научное сообщество, красная планета потеряла магнитное поле приблизительно 4 млрд лет назад. В результате, как было сказано выше, вода стала более уязвимой.
Песчаные бури могли стать причиной исчезновения воды на планете
О том что песчаные бури стали причиной исчезновения воды ученые выяснили путем наблюдения за красной планетой со спутника ExoMars. Причем этот процесс, который происходит и по сей день, был замечен случайно, когда в результате сильно поднявшейся пылевой бури потерялась связь с марсоходом. В результате исследователям пришлось наблюдать за ней с орбиты. Изначально они хотели выяснить как пылевые бури поглощают свет. Однако обнаружили, что вода до появления бури, находилась на высоте 20-40 км.
Поглощающая тепло, и как следствие хорошо разогретая песчаная буря, в свою очередь нагрела пар в атмосфере, в результате чего он поднялся на высоту до 80 км, где расщепился на водород и кислород. Таким образом песчаные бури могли и раньше значительно ускорить естественный процесс исчезновения воды.
Возможно ученые ошибаются, на Марсе никогда и не было океана
На Марсе никогда не было воды
Согласно исследованию сотрудников Университета Аризоны, большие резервуары воды на Марсе появились из двух разных источников. То есть, вода на Марсе имеет разное происхождение. Этот факт привел их к выводу, что вода на планете появилась в результате падения небесных тел, а собственного океана как у Земли, у красной планеты не было.
Роскосмос, НАСА и EKA планируют первый пилотируемый полет людей на Марс. За тем, как походит подготовка, а также за другими миссиями вы можете следить на нашем Яндекс.Дзен-канале
Предположение о разном происхождении воды было подтверждено изучением отколовшихся от Марса метеоритов NWA7034 и ALH84001. В этих небесных телах оказался одинаковый состав изотопов, но разное соотношение изотопов водорода с прочими породами планеты, которые были изучены ровером Curiosity. Один астероид взаимодействовал с жидкостью около 1,5 миллиарда лет назад, а второй около 3,9 миллиарда лет назад. Один из типов пород по составу был близок к телам с отдаленных участков Солнечной системы. Второй же был схожим по составу с породами Земли.
Сейчас это предположение ищет другого научного подтверждения. В итоге может оказаться так, что каждая из озвученных версий имеет место, то есть на исчезновение воды на Марсе могли повлиять сразу несколько факторов.
Марсианский океан тайн: учёные рассказали, как с Красной планеты исчезла вода
Планетологи подсчитали, что Марс терял слой воды глубиной около двух метров каждый миллиард лет. Вот только этих темпов недостаточно, чтобы объяснить нынешнее состояние Красной планеты.
Сколько воды на Марсе сейчас
Это кратер Королёв недалеко от Северного полюса Красной планеты. Диаметр 81 километр. Внутри, по подсчётам учёных, примерно два триллиона тонн льда, и это именно водяной лёд, а не замёрзший углекислый газ.
Южная полярная шапка Марса гораздо меньше северной — всего 400 километров в ширину. Всё дело в том, что ось планеты немного наклонена (на 25 градусов), а орбита несколько вытянутая. То есть за время облёта вокруг Солнца Марс то приближается к светилу на расстояние 207 миллионов километров (это называется перигелием), то удаляется до 249 миллионов километров (это афелий). Так вот, в перигелии планета «смотрит» на свою звезду южным полушарием. Значит, на юге лето всегда жарче, хотя и короче.
Южная полярная шапка Марса. Фото © NASA
— В 2004 году спектрометр OMEGA на Mars-Express обнаружил, что Южная полярная шапка двухслойная. То есть одновременно в спектрах Марса наблюдались полосы и водяного, и углекислого льда. И это было одно из первых прямых доказательств того, что под сухим льдом находится водяной, — рассказал в интервью Лайфу руководитель лаборатории экспериментальной спектроскопии Института космических исследований РАН Анна Фёдорова.
В 2012–2015 годах окрестности Южного полюса тщательно просканировал прибор на борту зонда Mars-Express — MARSIS. Он посылал на поверхность радиосигналы и фиксировал, как они отражаются. В 2018 году учёные сообщили, что в одном месте, примерно в 500 километрах от полюса, есть участок 20-километровой ширины, который отражает очень подозрительно — совсем не так, как лёд или грунт. Вывод исследователей: на глубине полутора километров прячется озеро. Вода в нём имеет температуру ниже нуля по Цельсию, но она настолько солёная, что не замерзает. Позже в Университете Аризоны предположили, что водоём может подогреваться изнутри за счёт остатков тепла от древней вулканической активности планеты. Этой активности уже миллионы лет как нет, но какие-то очень слабые процессы ещё могут происходить.
То есть мало того, что вода на Марсе есть, — она кое-где даже не замерзает.
А это снимок, сделанный на основе данных межпланетной станции Mars Reconnaissance Orbiter. Здесь разными цветами обозначен лёд, найденный под поверхностью: сиренево-синие оттенки — самые неглубокие залежи, сантиметров 10–20, зелёный и жёлтый цвет — уже до 70 сантиметров, красный — ещё дальше.
По примерным представлениям, на поверхности и в верхнем слое марсианской мерзлоты примерно пять миллионов кубических километров льда. Если всё это растопить и равномерно распределить по поверхности, получится глобальный океан 35-метровой глубины. Это как минимум. Планетологи подозревают, что в глубине льда ещё больше.
И это тем более поразительно, что при ближайшем рассмотрении марсианского рельефа становится ясно, что сохранившиеся запасы воды — лишь жалкие льдинки по сравнению с тем, что было несколько миллиардов лет назад.
Каким был древний Марс?
Примерно таким. На севере, как предполагают учёные, был океан глубиной до 500 метров, а по площади почти такой же, как наш Северный ледовитый. Атмосфера — возможно, такая же плотная, как на Земле. Летом — до 50 градусов жары по Цельсию.
По мнению учёных, какое-то количество воды было на планете изначально, то есть содержалось уже на этапе её зарождения, но многое было принесено с ледяными или полуледяными метеоритами. Примерно четыре миллиарда лет назад на Марсе шла натурально массированная бомбардировка. Её самые отчётливые последствия наблюдают сейчас на Земле Ноя, это юг планеты. Именно поэтому тот далёкий период в марсианской геологии назвали нойским.
Это метеорит весом почти два килограмма, нашли его ещё в 1984 году в Антарктиде. По составу камня учёные с непоколебимой уверенностью определили, что он прилетел с Марса — откололся от поверхности из-за падения на планету какого-то мощного небесного тела примерно четыре миллиарда лет назад. И вот что там рассмотрели в 1990-е годы через электронный микроскоп.
Биологи заявили, что это окаменелые бактерии. Есть, правда, версия, что это земные окаменелые бактерии. Но, с другой стороны, они настолько мелкие, несколько десятков нанометров, что земной науке ничего подобного не известно.
— Если это открытие подтвердится, это, несомненно, станет одним из самых потрясающих открытий в глубинах нашей Вселенной, когда-либо совершённых наукой, — сказал по этому поводу тогдашний президент США Билл Клинтон.
Что случилось с Марсом?
Копилку информации об этом недавно пополнила орбитальная станция Mars Express, она летает вокруг Красной планеты вот уже восемь марсианских лет, то есть 16 земных. На борту работает спектрометр SPICAM, и он в том числе улавливает и анализирует свет, который проходит сквозь атмосферу Марса.
— Этот прибор проводит измерения методом солнечных затмений, когда солнечное излучение наблюдается на просвет через атмосферу. Это очень чувствительный метод, позволяющий измерить вертикальное распределение атмосферных газов с высокой точностью. И водяной пар — один из тех газов, которые измеряет этот прибор, — пояснила Анна Фёдорова.
По её словам, за последние восемь марсианских лет планета пережила уже две глобальные пылевые бури — в 2007 и 2018 годах. По летоисчислению Красной планеты это 28 и 34 марсианские года соответственно: отсчёт ведётся с момента первого отмеченного учёными весеннего равноденствия на планете — 11 апреля 1955 года.
Так вот, спектральный анализ показал, что во время летней пылевой бури водяной пар поднимается на высоту вплоть до 90 километров. А на этой высоте солнечное ультрафиолетовое излучение проходит уже совершенно беспрепятственно, оно разрушает молекулы воды, а отдельные атомы водорода после этого просто уносит в космос.
— Вокруг Марса существует водородная корона, и основным поставщиком водорода туда является именно марсианская вода. Недавно были обнаружены её сезонные изменения, которые говорят, что водород может улетать с планеты быстрее, чем считалось ранее (следовательно, Марс быстрее теряет воду). Одновременные наблюдения этой короны и водяного пара в атмосфере дали возможность определить, как скорость потери воды зависит от её поднятия на большие высоты, — говорит Анна Фёдорова.
Когда Марс оказывается в афелии, то есть улетает подальше от Солнца, на Марсе очень холодно, и водяной пар не поднимается выше 50–60 километров. А когда Марс ближе к Солнцу (перигелий), становится гораздо теплее и пар взлетает высоко.
— Кроме того, внезапно было обнаружено, что скорость диссипации (рассеяния в космосе. — Прим. Лайфа) водорода возрастает в течение недели на порядок. Это было обнаружено в первую пылевую бурю 28-го марсианского года и связано именно с присутствием водяного пара на больших высотах, — отметила специалист ИКИ РАН.
Если так, то на Марсе должно было происходить нечто такое, о чём мы пока не знаем. В лаборатории исследований атмосферы LATMOS Национального центра космических исследований Франции сопоставили измерения SPICAM с другими данными и составили модель возможного темпа обезвоживания Марса. Получилось, что планета каждый миллиард лет теряла примерно двухметровый слой воды. Но есть загвоздка: этого слишком мало. Структура поверхности указывает на то, что при такой скорости сейчас воды на Марсе было бы намного больше, чем есть в реальности.
— Какая-то часть всё-таки ушла в космос. Возможно, это не основная часть, всё-таки это процент, это не всё, но это значительно больше, чем оценивалось ранее, — уверена Анна Фёдорова.
Она добавила, что в этом наверняка замешаны колебания оси вращения планеты — когда-то она была наклонена гораздо сильнее: на все 45 градусов. Значит, полюса лучше разогревались, полярные шапки таяли и заполняли водой атмосферу.
— Из-за прецессии (кругового движения оси вращения планеты) более жаркое лето случается уже на севере, а не на юге, и вода начинает перекачиваться из одного полушария на другое в эти периоды. Возможно, вода на поверхности перемещалась с одного полушария на другое очень много раз, — подчеркнула исследователь.
А ещё Марс не очень симметричен, это называется «дихотомией поверхности»: северное полушарие намного ниже, чем южное.
— Это очень сильно влияет в том числе на перенос воздушных масс, то есть существует много нюансов, — добавила научный сотрудник.
Есть альтернативная гипотеза: большая часть воды никуда не улетела — планета её просто впитала. Исследователи из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения NASA смоделировали сразу три типа процессов, которые миллиарды лет шли на Марсе: выбросы газов из вулканов, уход частиц водорода из атмосферы в космос и гидратацию минералов — это такой процесс, при котором молекулы воды встраиваются в кристаллическую структуру породы на её поверхности. И, по подсчётам американских учёных, вышло, что именно марсианский грунт вобрал в себя минимум 30%, а то и 90% всей воды, которая на планете была изначально.
Конечно, недра должны были какую-то часть отдавать обратно в результате извержений вулканов, но Марс сравнительно быстро остыл, его тектоническая активность сошла на нет. Учёные подчёркивают, что тем же законам подчиняется и геология Земли: у нас тоже постоянно гидратируются минералы, но наша планета продолжает подавать признаки довольно активной жизни — и землетрясения случаются, и вулканы извергаются. Это означает, что гидратированные породы перемешиваются в раскалённой мантии, вода из них высвобождается и выходит обратно в атмосферу.
Выходит, Марсу одновременно во многом не очень повезло: и ось сильно раскачивается, и орбита не самая удачная, и от Солнца далековато, и магнитного поля для защиты от радиации практически нет. Вдобавок вулканы молчат и полушария по высоте разительно отличаются. Если такой мир можно сделать жизнепригодным, то наверняка жить там будет всё же очень трудно. А впрочем, может быть, именно тогда мы наконец начнём ценить Землю.
Самое интересное из мира науки и технологий — в телеграм-канале автора.
Гипотезы и факты существования воды на Марсе
Время, когда человек высадится на поверхности Марса, стремительно приближается. Каждая крупица знаний об этой планете может повлиять на успех экспедиции. Особый интерес в этом случае представляет вопрос существования воды на Марсе. Процесс поиска гидросферы на Марсе долгое время состоял из наблюдений и догадок, однако, лишь с появлением зондов и исследовательских аппаратов нового поколения, учёные наконец получили ответ на вопрос “есть ли вода на Марсе”.
С чего начинались поиски воды на Марсе
Схожесть Марса с Землёй по многим параметрам позволяла учёным предполагать, что вода на марсе всё-таки есть. И по мере роста уровня технического развития учёные при помощи метода спектроскопических измерений смогли установить, что в атмосфере Марса в микроскопических долях присутствует вода. Это небольшое открытие продвинуло человечество далеко вперёд в изучении Марса. И, основываясь на этих данных, учёные пришли к выводу, что существование воды в атмосфере подтверждает её наличие на поверхности или в недрах планеты.
Минеральный состав
В составе марсианского грунта были найдены минералы, которые могли образоваться только под воздействием воды. В 2008 году аппарат Феникс обнаружил на поверхности красной планеты пластины известняка и глины, которые могут образоваться только при длительном воздействии воды. Ещё одно указание на существование воды на Марсе – найденные в составе грунта карбонат, серпентин и тальк. Есть предположения, что в этом месте когда-то находился гидротермальный источник. Этот источник мог находиться на дне моря Эридана, которое в момент изменения климатических условий распалось на несколько озёр и постепенно высохло.
Так как на Марсе происходит смена сезонов, меняются и скорости преобразования минералов на поверхности планеты. Изначально минералы образуются из магмы под давлением и температурами, значительно превышающими условия на поверхности планеты. Когда же они оказываются на поверхности, начинается взаимодействие с доступными химическими компонентами и образование других более стабильных соединений. Одним из таких соединений является оливин, который широко распространён на Марсе. Оливин есть и на Земле, и наблюдения позволили выяснить, что он легко оседает на глинистые минералы в присутствии воды. Основываясь на этом свойстве оливина, можно сделать выводы о возможности существования водоемов на Марсе.
Существует также теория, что марсианские метеориты принесли на Землю воду много миллионов лет назад. Анализ атмосферы на Марсе позволил определить, что часть метеоритов попадает на Землю с Марса. В некоторых из них были найдены следы марсианской воды. Сейчас ведутся активные разработки этой теории, которая может дать ключ к ответу о зарождении жизни на Земле.
Озера и реки на поверхности Марса
С развитием науки и техники расширились возможности изучения марсианского рельефа. При помощи межпланетных зондов появилась возможность сделать удивительные снимки поверхности планеты.
Космические зонды нового поколения делают фото поверхности изучаемой планеты в максимально хорошем качестве. Таким образом, можно изучать поверхность Марса по снимкам его рельефа. На первых снимках Марса учёные обнаружили разветвлённые сети речных долин, которые могли образоваться только под воздействием водного течения. Ученые-планетологи выдвинули гипотезу, что разрезанные каньоны и русла рек, сфотографированные спутниками Марса, были созданы проточной водой. Речные долины Марса похожи на земные, но их структура намного проще земных. Их ширина достигает 20 километров, а глубина до нескольких сотен метров.
Изучение снимков поверхности позволило обнаружить следы древних пересохших озёр, однако летом 2018 года учёные сообщили, что было обнаружено марсианское озеро с жидкой водой. Но об этом более подробно будет написано ниже.
Тайна исчезновения воды в ледниковый период
Ещё в 2016-м году учёные объявили о том, что Марс выходит из состояния ледникового периода. Этот период длился почти 370 тысяч лет. И сейчас учёные ищут ответ на вопрос, где скрываются основные запасы воды на Марсе. Лёд начинает активно скапливаться у полюсов планеты, что свидетельствует о том, что климатические условия начинают меняться. Под влиянием экстремально низких температур реки и озёра замёрзли и сейчас находятся под слоем грунта. Сейчас Марс входит в стадию потепления, и есть вероятность, что в ближайшее время мерзлота начнёт активно таять.
Учёные выдвинули множество предположений в попытках найти ответ на вопрос, куда за ледниковый период делся весь запас воды на Марсе. Среди них было предположение, что на потерю воды повлияло разрушение магнитного поля планеты, словно её «сдуло» интенсивным солнечным ветром. Однако, сейчас, имея на руках результаты исследований марсианского грунта, учёные всё больше приходят к выводу, что вода заключена внутри самой планеты. Поверхность планеты в основном состоит из пористого грунта вулканического происхождения. При помощи математических расчётов удалось установить, что впитываемость пористых пород на Марсе превышает земную на 25%.Таким образом, вполне вероятно, что Марс хранит в себе ещё больше секретов, чем мы можем предполагать догадываемся.
Где скрывается вода на Марсе?
В настоящее время с уверенностью можно сказать, что на поверхности Марса жидкой воды как таковой найдено не было. Множество свидетельств говорят о том, что когда-то здесь были реки, когда-то здесь были океаны, но теперь все запасы воды приходится искать при помощи высокотехнологичных приборов и зондов. Одним из самых больших водяных скоплений являются полярные шапки Марса, которые состоят из льда и пыли. Помимо этого небольшая доля воды была найдена в атмосфере и грунте.
Стоит отметить такое явление, как гейзеры. Учёные обнаружили, что на поверхности Марса при нагревании ледяного покрова солнечными лучами происходит выброс углекислого газа, что указывает на наличие запасов воды в данной местности.
В данном разделе нельзя не упомянуть марсианское озеро. Согласно последним новостям на южной полярной шапке на большой глубине был обнаружен водный карман под слоем льда и пыли. Что лишний раз подтверждает наличие воды в жидком состоянии на Марсе.
Под прикрытием льда
Особый интерес представляет запас воды в полярных шапках Марса. Это области льда и пыли, которым располагаются на южном и северном полюсах планеты. Учёным удалось установить, что полярные шапки состоят из двух слоёв, верхний слой представляет собой твёрдую углекислоту или «сухой лёд», нижний слой – это водяной лёд, который смешан с пылью. Несмотря на смену сезонов, нижние слои не тают даже летом.
Летом 2018 года были представлены результаты исследования поверхности ледяной шапки на южном полюсе. Было выяснено, что под полуторакилометровым слоем льдов и пыли скрывается озеро, наполненное водой в жидком виде. Его ширина около 20 километров. Точную глубину установить не удалось, но, судя по показаниям приборов, она не менее нескольких десятков сантиметров. Пока что не удалось более подробно проанализировать состав и особенности этого озера, однако, при наличии активной работы новые открытия не за горами.
Вода в атмосфере Марса
Тот факт, что учёные обнаружили лёд порождает вопрос, есть ли на Марсе снег? Учёным уже удалось установить, что на планете бывают снегопады. Изначально приборы обнаружили снег на Марсе в его атмосфере, однако проследить, достиг ли он поверхности, у них не было технических возможностей. Позже были опубликованы снимки поверхности, покрытые тонким снежным слоем. Данные наблюдения говорят о том, что на Марсе существует круговорот воды, что само по себе может быть подтверждением наличия жизни на планете в прошлом. Лишним подтверждением этой догадки является найденный в марсианском грунте перхлорат. Это химическое вещество входит в состав ракетного топлива. При нахождении в почве оно способно влиять на температуру замерзания воды. То есть, даже при резком понижении температуры микроорганизмы могли продолжать существование в водяной среде на Марсе.
Несмотря на внешнее недружелюбие, планета Марс при более близком знакомстве открывает человечеству всё больше удивительных тайн. Вполне вероятно, что однажды все накопленные знания о Марсе позволят нам узнать тайну происхождения жизни на Земле и приложить все усилия, чтобы вернуть жизнь на Марс.