[Перевод] За миллионы лет на поверхности Марса то и дело появлялись потоки воды
На этом изображении из нового исследования показана сеть безымянных речных долин на Марсе. Датируя кратеры на снимке, исследователь из Института планетарных наук смог определить, когда примерно сформировались речные русла.
Существует огромное количество доказательств того, что Марс когда-то был влажным и тёплым. Реки текли по его поверхности и прокладывали сложные системы каналов, впоследствии обнаруженные нашими орбитальными аппаратами. Обширные океаны,- возможно, даже большие, чем земные,- покрывали треть его поверхности. Затем что-то произошло: Марс потерял свою атмосферу, остыл, и вода с его поверхности исчезла.
Но по мере того, как наши наблюдения за Марсом становятся всё более детальными, появляется ощущение, что планета потеряла воду не в каком-либо единственном катаклизме. Увеличивающийся набор данных показывает, что он терял воду постепенно. Возможно, существовали периодически наступавшие длительные периоды времени, когда на поверхности планеты сохранялась вода. Если так, то это могло повлиять на потенциальную возможность существования жизни на Марсе.
Новое исследование, опубликованное в журнале Earth and Planetary Science Letters, подкрепляет идею о том, что Марсу, возможно, потребовалось много времени, чтобы полностью потерять воду. Исследование озаглавлено «Новые максимальные ограничения на эпоху формирования марсианской долинной сети». Автор работы — Александр Морган, научный сотрудник Института планетарных наук, изучающий геоморфологию.
«Сегодня Марс представляет собой повсеместную пустыню, но на его поверхности сохранились обширные свидетельства существования в прошлом проточной воды, включая, судя по всему, речные долины», — говорит Морган. «Временные рамки, в течение которых формировались эти долины, имеют большое значение для обитаемости раннего Марса, поскольку длительные эпохи со стабильно существующей жидкой водой были бы более благоприятны для жизни», — говорит он.
Это Osuga Valles, сложный комплекс речных каналов в окрестностях Valles Marineris на Марсе. Быстро текущая вода, появлявшаяся в этих местах несколько раз на некоторое время, прорезала в поверхности планеты каналы.
Обширные свидетельства существования древних рек на Марсе подтверждают находки марсохода Персеверанс в районе, который он исследует. Это кратер Езеро — след древнего столкновения. Когда-то в прошлом кратер был затоплен водой, в результате чего в нём образовался массивный осадочный бассейн. На орбитальных снимках Езеро видны древние русла рек, впадающих в гигантский кратер.
На этом снимке кратера Езеро показано русло реки, впадавшей в кратер. Жёлтый прямоугольник — место посадки ровера Персеверанс, а разные цвета обозначают различные минералы.
Как показывает место посадки Персеверанс, на марсианской поверхности ударные кратеры и реки часто оказываются в одном месте. Этот факт является ключевым для исследования Моргана. Датируя кратеры вблизи речных русел, он устанавливает временные ограничения на то, когда протекали реки, создавшие эти русла.
«В этом исследовании я использовал кратеры, которые появлялись как раньше, так и позже систем речных долин, чтобы установить максимальные временные границы в сотни миллионов лет, описывающие эпоху формирования этих систем», — сказал Морган. «Предыдущие работы определяли только минимальные временные рамки, поэтому эти новые результаты позволяют установить верхнюю границу временных рамок, в течение которых марсианские долины были активны. Учитывая то, что мы знаем о скорости эрозии на раннем Марсе, более длинные временные промежутки говорят о том, что условия, позволяющие существовать рекам, возникали весьма прерывисто — длительные засушливые периоды перемежались короткими эпизодами речной активности».
Иллюстрация из работы Моргана. Показаны некоторые детали сети безымянных марсианских долин. Красными кругами обозначены кратеры, образовавшиеся после речных долин. Синие круги — кратеры, образовавшиеся до долин. Пунктирные круги указывают на то, что время образования кратера менее определённо. Пунктирные чёрные линии — это сеть долин, белая линия очерчивает весь бассейн, а чёрная линия — районы нагорья, которые меньше подверглись эрозии.
Речные долины Марса сформировались более трёх миллиардов лет назад. Они являются самым убедительным доказательством того, что на планете была поверхностная вода. Исследования показывают, что текущей воде требуются десятки тысяч лет, чтобы сформировать долину на поверхности, но пока никто не выяснил, сколько раз на поверхности появлялась текущая вода, и сколько времени в общей сложности потребовалось для формирования этих долин.
За последние годы наше понимание Марса значительно расширилось и будет продолжать расширяться. Наше понимание истории его климата сейчас претерпевает революцию. Ранее существовали две противоположные версии древнего прошлого Марса. Согласно одной из них, он был тёплым, влажным и потенциально пригодным для жизни; согласно другой — это была холодная планета, покрытая ледяными щитами.
Но в природе всё редко бывает так просто, даже если нам этого хочется. Всё больше фактов, в том числе и эта работа, показывают, что эту историю не опишешь так просто, как «тёплая и влажная» или «холодная и сухая».
«За последние десять лет мы поняли, что эти описания слишком общие, и нет смысла пытаться свести сотни миллионов лет истории климата к описанию из двух слов, — говорит Морган.
Изучая Землю, мы поняли, что климат на протяжении её долгой истории колебался в широких пределах. В некоторые периоды Земля была покрыта обширными ледниками толщиной в несколько километров. В другие периоды ледники отступали в свои горные редуты. Почему бы и другим планетам не иметь столь же разнообразную историю?
«Как и у Земли, у раннего Марса была сложная история, и условия, позволявшие существовать поверхностным водам, вероятно, сильно менялись. Земля на протяжении своей истории претерпевала значительные климатические изменения — например, 20 000 лет назад район, где сейчас находится Чикаго, был покрыт полукилометровым слоем льда, — и поверхностные условия, позволяющие существовать рекам на раннем Марсе, также, вероятно, менялись».
Это означает, что рекам потребовалось много времени, чтобы размыть ландшафт и сформировать русла и долины. Одно из возможных объяснений заключается в том, что крупные валуны в руслах рек препятствовали дальнейшей эрозии. Другое объяснение заключается в том, что реки текли редко, возможно, всего 0,001% всего времени. Если это так, то это может быть связано с тем эффектом, который на Земле мы называем циклами Миланковича.
Циклы Миланковича — это изменения в относительном положении и ориентации Земли относительно Солнца. Такие явления, как осевой наклон, орбитальный эксцентриситет и прецессия, приводят к изменениям климата нашей планеты. Осевой наклон Земли изменяется примерно на 3,5 градуса каждые 40 000 лет. У Марса осевой наклон ещё более выражен и претерпевает существенные изменения за сотни тысяч или миллионы лет.
«На коротких временных отрезках течение рек регулируется осадками или таянием снега в верховьях. В более длительных временных масштабах на земные реки влияют климатические изменения», — говорит Морган. «Например, 20 000 лет назад на территории современной Невады были большие озёра и крупные реки. Марсианские реки могли бы функционировать аналогичным образом, с краткосрочной изменчивостью из-за штормов или таяния снега и более долгосрочной изменчивостью из-за изменений вращения планеты и её орбиты вокруг Солнца».
Или же мощная вулканическая активность могла периодически нагревать планету, растапливая ледяные покровы и порождая реки, которые прорезали заметные каналы в поверхности планеты. Регион Тарсис Монтес показывает, что вулканы играли определённую роль в истории Марса. В Тарсис Монтес находятся три массивных щитовых вулкана, превосходящих земные по размерам. Ещё один вулкан, Олимп Монс, расположенный к северо-западу от Тарсис Монтес, является самым большим вулканом в Солнечной системе.
Раскрашенное изображение поверхности Марса, сделанное аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter. Линия из трёх вулканов — это Тарсис Монтес, а Олимп Монс находится на северо-западе. Валлес Маринерис находится на востоке.
Мы не знаем, что конкретно проиисходило на Марсе. Является ли Марс обычным примером малопригодных для жизни планет, которые впоследствии становятся непригодными для жизни? Или это яркий пример планеты, которая упорно сохраняла воду на протяжении нескольких климатических эпизодов? Зародилась ли на Марсе простая жизнь, прежде чем её уничтожили, и так ли это обычно работает? Или же вода на поверхности любой планеты в течение какого-либо периода времени встречается крайне редко?
Пока что у нас нет чётких ответов на эти важные вопросы. Планеты — большие, сложные, долгоживущие и динамичные объекты. Понять, что происходило на планете миллиарды лет назад, — сложнейшая задача.
