Научно-популярный журнал, издается с 1926 года

На небесах вода необыкновенная

На небесах вода необыкновенная

В последние месяцы Марс снова вызывает громадный интерес у ученых. На этой планете совершается одно открытие за другим. Так, в сентябре прошлого года астрономы НАСА сообщили, что, по всей вероятности, на Марсе все-таки есть вода. В следующем месяцемарсоход «Кьюриосити» обнаружил на Марсе систему древних, давно пересохших рек и озер. Ведь в первый миллиард лет своей истории эта планета изобиловала водой. Что же стало с водным миром, так похожим когда-то на Землю?

В далеком прошлом, миллиарды лет назад, Марс был такой же голубой планетой, как и Земля. Здесь простирались огромные моря и озера, текли полноводные реки. Вся эта идиллия давно исчезла. Марс превратился в бескрайнюю пустыню, покрытую морями пыли. Стал Красной планетой, ведь марсианская пыль содержит соединения железа, и они придают Марсу его знаменитый красноватый оттенок – цвет ржавчины. В наши дни Марс справедливее было бы называть «ржавой планетой».

В наши дни Марс – сухая и очень холодная планета. Его судьба – одна из главных климатических катастроф, случившихся в Солнечной системе. Воды здесь не осталось ни капли, это сказано во всех учебниках астрономии, это знают даже люди, далекие от науки.

Однако в сентябре прошлого года исследователи из НАСА сообщили, что в отдельных районах Марса еще и сегодня из почвы планеты просачивается вода. В этом мертвенном, пустынном мире она поистине живительная, живая вода, хотя наверняка вовсе не такая, как в наших реках и озерах. Ведь в разреженной атмосфере Марса, при очень низком воздушном давлении (оно составляет всего сотую часть земного атмосферного давления), пресная вода, окажись она там, моментально исчезла бы. Если на Марсе и появляются ручьи, что предполагают ученые, то по их руслам течет вода отнюдь не обыкновенная. Это – очень, очень соленая вода. Она замерзает не так быстро и испаряется не так стремительно.

Но не заблуждаются ли ученые, так легко обнаруживая воду за десятки миллионов километров от Земли? Как вообще отыскали воду на Марсе? Не было ли тут ошибки?

Не было ли тут ошибки?

Почти полтора века назад итальянский астроном Джованни Скиапарелли заметил на Марсе странные тонкие линии. Он назвал их canali, что по-итальянски означает «проливы». Они соединяли темные пятна – марсианские «моря» – или тянулись к полярным шапкам. Скиапарелли полагал, что каналы – это естественные проливы, которые связывают друг с другом различные водоемы.

Вскоре появились догадки, что эти пресловутые «проливы» – искусственные сооружения. Их вырыли жители планеты – марсиане. Энтузиасты верили в марсианские каналы десятилетиями.

Американец Персиваль Ловелл подробно описал сами каналы и тянувшиеся вокруг них поймы, поросшие густой растительностью. Ловелл построил обсерваторию для наблюдения за нашими собратьями – марсианами, переделывающими планету по своей воле. Постепенно он составил обширную карту марсианских каналов. Он насчитал их около семисот. На его карте они образовали геометрически правильную сеть.

На рубеже ХIХ–ХХ веков мало кто – кроме самих астрономов, да и то не всех, – сомневался в том, что Марс населен. «Человеческий мир Марса, вероятно, значительно опередил нас во всем и достиг большого совершенства, – писал известный французский астроном Камиль Фламмарион. – Марсиане построили города и научились всяким искусствам». В марсиан верили столь же истово, как в наши дни – в НЛО. Им посвящали статьи в популярных газетах и журналах. Их жизнь становилась темой книг знаменитых писателей и популярным сюжетом массовой литературы. В 1898 году Герберт Уэллс написал «Войну миров» – хронику сражений с пришельцами-марсианами. Этот роман создан под впечатлением от самых свежих тогда астрономических событий. В свою очередь, на Марс – с большевистским энтузиазмом! – отправлялись герои романа Алексея Толстого «Аэлита», написанного в 1922–1923 годах. Фантазиям о марсианах мы обязаны и каноническим образом инопланетянина: маленький зеленый человечек с антеннами на голове. Таким предстал перед публикой персонаж одного комикса, появившегося в 1913 году и посвященного, конечно, приключениям жителя Марса.

Со временем каналы были забыты. Теперь начался поиск марсианских ручьев.

Полтора десятилетия назад американские исследователи Майкл Малин и Кеннет Эджетт обнаружили на склонах марсианских кратеров странные борозды (см. «З–С», 2/04). Ученые предположили, что борозды – они получили название Gully, «водостоки» – оставлены гейзерами, струями воды, внезапно вырывавшимися из недр Марса. Их напор был так велик, что они пробивали глубокие желоба, прежде чем успевали испариться. Всего было обнаружено свыше 10 тысяч подобных водостоков.

«Судя по форме этих борозд, их прорыла вода, – писал Майкл Малин. – Хорошо видны узкие обводные протоки, образовавшиеся, видимо, когда струя воды огибала какие-то препятствия, которые не могла смести со своего пути».

Пылевые лавины, – а давалось и такое объяснение увиденному, – оставили бы иной след. Назывались и другие причины появления этих борозд: грязевые потоки, осыпи мелкого песка или камнепады, взрывы газовых включений, содержащихся в кристаллических породах или ледяных глыбах. Разлетевшиеся обломки породы могли оставить тот же след, что и струя воды.

Все возражения сторонники этой гипотезы успешно отбивали. Однако впоследствии Колин Дандас и его коллеги из Аризонского университета обратили внимание на то, что эти водостоки появлялись на склонах, неизменно лежавших в тени. Разрастались же они зимой.

Дандас предположил, что зимой на гребнях дюн и краях кратеров оседает замерзшая углекислота. В конце концов, под тяжестью льда часть склона обрушивается. Песок, пыль, камни, куски льда скатываются вниз, оставляя позади себя широкую колею. Возможно, что Gully – это все-таки лавины, сбегающие по марсианским склонам.

Поиск марсианских ручьев

С 2006 года к наблюдению за Марсом приступил американский зонд «Марс Реконнесанс Орбитер», ставший искусственным спутником Красной планеты. Аппаратура, размещенная на его борту, а именно спектрометр Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer (сокращенно Crism), и помогла сделать открытие.

В 2011 году ученые из Аризонского университета (руководитель – Альфред Макьюэн), изучая фотоснимки, присланные зондом, обнаружили на них темные, слегка извилистые линии, тянувшиеся на сотни метров (они, впрочем, были раз в десять короче прежних борозд). Они опять же встречались лишь на крутых склонах кратеров и каньонов, причем в некоторых районах Марса насчитали более тысячи таких бороздок.

Эти неприметные черточки не были дефектами фотографии, это были – настоящие борозды шириной в несколько метров. Их расположение и форма постоянно менялись. Теперь они появлялись, как правило, поздней весной, когда температура поднималась выше –20 °С и приближалась к нулю, а то и превышала его. Разрастались же они так, словно их рыли неутомимые марсиане, строители каналов. За сутки борозды становились метров на двадцать длиннее – и всё наливались чернотой. К началу осени они блёкли, а то и совсем исчезали. Следующей весной все повторялось вновь.

Что это было? Русла, прорытые протекавшими здесь потоками? Русла пересохших ручьев и речушек, оживлявших пустынные ландшафты Марса совсем недавно?

Многое и теперь говорило о том, что эти таинственные борозды – ручьи и даже речушки. Все они появлялись на склонах кратеров и каньонов в южном полушарии Марса, между 32 и 48 градусами южной широты, причем на этот раз склоны неизменно были обращены к солнцу.

Возможно, что под лучами солнца таяли скопления льда, залегавшие здесь близко к стенке кратера или ущелья, и тогда почва насыщалась водой. Ее становилось все больше. Она прорезала толщу глины и песка, лежавшую на пути, сбегала по склону.

А может быть, марсианские ручьи и реки даже не пробивались на поверхность планеты, а текли прямо под ней, в считанных сантиметрах от нее?

Альфред Макьюэн, например, задался вопросом: «Почему эти бороздки темные?» И ответил на него так: вовсе не потому, что по ним течет вода. Дело, возможно, в другом: когда лед в марсианской почве тает, и она пропитывается водой, то эта вода, стекая вниз по склону, увлекает за собой лежащие на поверхности камешки. Их положение меняется, они выстраиваются вдоль русла протекающего под ними ручья. Темная полоска камней заметно отличается от окружающего ее песка.

В пользу этой гипотезы говорило то, что всего в нескольких сантиметрах от поверхности Марса температура почвы близка к точке замерзания воды. Замерзшая же углекислота, которой и так очень много на Марсе, при такой температуре давно испарилась бы. Значит, если на Марсе появляются ручьи, то их русла наполнены не жидкой углекислотой, а водой. Вероятнее всего, очень соленой водой.

Мы, горожане, привыкли к тому, что на улицах Москвы, например, зимой, даже при температурах ниже нуля, на тротуарах лежит жидкая кашица с проглядывающими всюду крохотными лужицами воды, не замерзающей потому, что дворники обильно посыпали снег солью.

Из лабораторных опытов также известно, что вода, содержащая в большом количестве различные соли хлора, замерзает при очень низких температурах. Например, водный раствор перхлората натрия замерзает при –40°С, а водный раствор перхлората магния – при –70 °С.

Весной 2015 года марсоход «Кьюриосити», в самом деле, обнаружил в марсианской почве подобные перхлораты. Все условия для появления на Марсе ручейков с необычайно соленой водой есть. И, если такие ручейки появляются, то замерзают они, лишь когда на Марсе наступает зима и приходят страшные – даже по антарктическим меркам – морозы. Только тогда соленая вода превращается в лед.

Спектрометр помог сделать открытие

Нарисованные учеными картины выглядели настолько наглядно, словно их продумывал писатель-фантаст. Ведь до сих пор лишь одно мешало поверить в эти картины. Спектрометр, размещенный на борту зонда «Марс Реконнесанс Орбитер», не обнаруживал в бороздах никаких следов воды. Во всем же, что касается Марса, как убедились ученые, следует быть осторожными с гипотезами.

Пока окончательно не доказано, что все эти бороздки и есть те ручьи, которые так ищут на Марсе планетологи. Ведь эти детали рельефа так узки, что разрешающей способности спектрометра не хватает, чтобы четко определить особенности их химического состава. Спектрометр не может вглядываться только в них. Мельчайший участок поверхности Марса, который способен проанализировать такой прибор, охватывает и саму бороздку, и добрый десяток метров по сторонам от нее. Ведь минимальная точка изображения (пиксель) Марса на полученных снимках соответствует участку поверхности шириной 18 метров. Ширина же подозрительных бороздок, как правило, не превышает пяти метров.

И все-таки эту проблему удалось решить. Планетолог Луджендра Оджа вместе с коллегами из Технологического института в Атланте разработал метод, позволяющий по довольно грубым фотографиям, присланным зондом «Марс Реконнесанс Орбитер», анализировать химический состав тех самых бороздок – и, значит, выявлять присутствие там тех или иных веществ.

С его помощью Оджа и его коллеги и обработали фотографии нескольких участков поверхности Марса, изобилующих бороздками. Это – кратеры Хейл, Горовиц и Паликир, а также ущелье Копрат Часма, часть долины Маринера. Эта долина – огромный каньон, протянувшийся почти на 4500 километров. Ее крутые склоны изрезаны расщелинами и желобами. Ее ширина местами доходит до 700 километров, а глубина колеблется от 2 до 7 километров.

Так что увидели американские ученые? Повсюду в структурах темных линий спектральный анализ выявил следы гидратов солей. Дело в том, что те поглощают инфракрасный свет длиной волны порядка 1,9 микрометра. Этот «след» ученые и обнаружили в изученных ими бороздках, в то время как на прилегающих к ним участках склона ничего подобного замечено не было. Судя по всему, в бороздках могут присутствовать перхлорат магния, хлорат магния и хлорат натрия. По мнению исследователей, жидкая вода вымывает из почвы эти соли; они растворяются в воде, и, насыщенная вот таким антифризом, та сбегает со склона, прорезая в нем русло.

В опубликованном в Nature Geosciences отчете было осторожно сказано: «(Наши) результаты укрепляют предположение о том, что и сегодня на крутых марсианских склонах, прогревающихся в теплое время года, может появляться вода в жидком виде». Иными словами, на Марсе, несомненно, возникают какие-то бороздки, но что там течет или перекатывается, вода или нет, мы (пока) доподлинно не знаем.

Вода благоволила литься

Между официальными отчетами и интервью разница порой такая же, как между льдиной и водой, готовой течь везде. В кулуарах ученые высказываются увереннее и откровеннее.

«Когда мы говорим о Марсе, – отмечает Оджа, – мы говорим обычно о водяном льде и доисторической воде. Теперь мы знаем, что у этой истории есть продолжение. Впервые спектральный анализ однозначно подтвердил, что по бороздкам, прорезающим марсианские склоны, стекает жидкая вода».

Марс – вовсе не ледяная пустыня, как считалось прежде. Он изобилует ручейками, пусть и вода в них, на наш взгляд, необычайно солона.

Откуда же берется эта вода? Подведем краткие предварительные итоги.

Возможно, в теплое время года тают скопления воды, залегающие близ поверхности планеты.

Возможно, гидраты солей, словно губка, впитывают влагу из воздуха, и, когда сконденсируется много влаги, она начинает растекаться, образуя ручеек, а то и целый ручей.

А, может быть, появление бороздок вызвано разными процессами? Ученые отыскали спектральные следы гидратов солей там, где бороздки шире всего. «Это указывает на то, что источником гидратации были либо сами темные линии, либо процесс, породивший их», – пояснил Оджа. Это может означать: соли либо растворялись в воде, что стекала по этим бороздкам, либо способствовали таянию водяного льда и появлению ручьев на Марсе.

В любом случае, если на склонах кратеров и каньонов обнаружены перхлорат и хлораты, очевидно, по бороздкам стекала вода, насыщенная этими солями.

Кубические километры льда

Четыре с половиной миллиарда лет назад на Марсе было в 6,5 раз больше воды, чем сегодня. Планету окутывала плотная атмосфера. Теперь же и воздух здесь очень разреженный, и большая часть воды с поверхности Марса исчезла – часть ее испарилась, часть превратилась в лед.

До сих пор считалось, что вода на Марсе представлена лишь в двух, не самых важных ее агрегатных состояниях: в виде водяных паров, присутствующих в атмосфере планеты, или водяного льда, залегающего в почве. Да и любые расчеты показывают, что вода не может долго находиться на поверхности Марса в жидком состоянии.

Вода на Марсе – это, прежде всего, лед. Еще десять лет назад было доказано, что мощные ледяные щиты, покрывающие полюса Марса, в основном состоят из водяного льда (см. «З-С», 7/07). В частности, в марте 2007 года журнал Science сообщил, что громадный ледник, покрывающий окрестности южного полюса Марса, состоит на 90 с лишним процентов из водяного льда (остальное – замерзшая углекислота). В основе открытия лежали результаты радиолокационного исследования Марса, проведенного в ноябре 2005 – апреле 2006 годов европейским космическим зондом «Марс Экспресс».

В последние годы выяснилось, что водяной лед можно отыскать и вдали от полярных областей Марса. Ученые заметили, что на фотоснимках, сделанных космическими зондами, видно, что некоторые детали марсианского ландшафта поразительно напоминают своей формой земные ледники – только они состоят, похоже, из красноватой пыли. Однако радиолокационные исследования, выполненные зондом «Марс Реконнесанс Орбитер», показали, что под этой толщей пыли также скрывается водяной лед – целые айсберги, оставшиеся для нас невидимыми. Впрочем, эта картина могла быть и явным преувеличением, ведь по результатам, которые получил тогда зонд, было непонятно, какова доля льда в этих марсианских «горах пыли».

Лишь в прошлом году ученым из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете (руководитель – Нанна Бьёрнхольт-Карлсон) удалось, применяя разные вычислительные методы и модели, определить, сколько льда может скрываться в этих специфичных объектах марсианских пейзажей. По словам исследовательницы, «мы изучили результаты всех радиолокационных измерений за последние десять лет, чтобы понять, как ведут себя эти скопления льда; кроме того, мы сравнили их поведение с тем, как растекаются ледники на нашей планете – так мы создали модель поведения марсианских ледников».

Судя по всему, на Марсе громоздятся тысячи ледников. Они сосредоточены, прежде всего, в двух регионах, которые опоясывают оба полушария Марса. Расположены эти пояса ледников в умеренных широтах планеты. Слой пыли, окутавший потаенные марсианские ледники, защищает лед от испарения.

Всего, по расчетам датских ученых, эти ледники Марса содержат 155 тысяч кубических километров льда. Этого количества хватило бы, чтобы покрыть всю поверхность Марса слоем льда толщиной 1,1 метра. Эти ледники, расположенные в умеренных широтах, станут источником воды для будущих марсианских экспедиций, готовы фантазировать даже ученые. Теоретически лед из здешних ледников позволит космонавтам обеспечить себя водой.

Есть ли жизнь на Марсе?

В далеком прошлом Красная планета заслуживала название «голубой». Она вся была покрыта реками и озерами. Их окаменевшие очертания наши космические аппараты находят снова и снова. Но вопрос «Есть ли на Марсе вода?» неразрывно связан с вопросом «Есть ли жизнь на Марсе?» (о жизни на Марсе см. также «З–С», 4/14). Всё чаще ученые говорят о том, что на Марсе можно было бы поискать и следы внеземной жизни, поскольку на протяжении почти миллиарда лет все там благоволило развитию жизни, ее неспешной, целенаправленной эволюции.

Ведь на Земле жизнь появилась необычайно рано, гораздо раньше, чем считалось прежде (такое сообщение пришло осенью прошлого года). В кристалле циркона, найденном на западе Австралии, обнаружили графитовые включения. Углерод, содержавшийся в них, был, похоже, биологического происхождения. Его возраст – 4,1 миллиарда лет назад. (Подробнее см. «Новости науки».) В таком случае, жизнь на Земле возникла примерно через 450–500 миллионов лет после рождения Солнечной системы.

Так и хочется оставить заметку на полях: «А откуда, вообще, жизнь появилась на нашей планете? Откуда на Земле появилась вода?[1] И откуда на Марсе в ранний период его истории взялось огромное количество воды?» Планеты-двойняшки, Земля и Марс, хранят еще много тайн. И одна из главных тайн Марса: была ли в далеком прошлом жизнь на этой планете?

Заглянем, например, в кратер Гейл, где весной прошлого года марсоход «Кьюриосити» обнаружил перхлорат – и, значит, там могут появляться лужицы соленой воды (об исследовании горы Шарп, расположенной в этом кратере, см. «З–С», 4/15).

Кратер Гейл, расположенный на экваторе Красной планеты, возник в результате падения астероида. О величине этого небесного тела, сотрясшего Марс, можно судить по тому, что диаметр кратера составляет 155 километров. Со временем кратер заполнился водой. Здесь образовалось громадное озеро. Теперь о нем напоминают лишь осадочные отложения, которые обнаружил «Кьюриосити».

В окрестности озера постепенно сложилась целая система водоемов. Мелководные реки, начинавшиеся у северной оконечности кратера, подхватывали песок и, истирая постепенно песчинку за песчинкой, уносили его далеко на юг, туда, где лежали другие озера; там он и оседал. Возможно, вся эта система питалась из общего резервуара грунтовых вод.

Озеро в кратере Гейл просуществовало многие миллионы, а, может быть, даже десятки миллионов лет. В принципе, этого времени было бы достаточно, чтобы здесь зародилась и развилась жизнь. «Чем больше мы убеждаемся в том, что геология Марса похожа на геологию Земли, тем выше вероятность того, что в марсианской воде могли развиться какие-то формы жизни», – полагает, например, астроном Марджори Чан из университета штата Юта.

Сегодня Марс – это ледяная пустыня. Водный мир древнего Марса безвозвратно исчез. Но если на Марсе есть ручьи? Открытие там жидкой воды может косвенно свидетельствовать, что на этой планете все-таки есть жизнь, ведь вода – главная ее предпосылка.

И вот уже некоторые ученые с лихостью эквилибристов громоздят на эту догадку новое предположение. Не могут ли в тамошних ручьях обитать микроорганизмы?

Известно, что на Земле есть настолько странные ниши, занятые микроорганизмами, что их обитатели прижились бы и за пределами нашей планеты. Например, в чилийской пустыне Атакама (см. «З–С», 4/11), можно встретить очень соленые ручейки, где примерно в тех же условиях, что, может быть, и в марсианских ручейках, обитают бактерии и простейшие одноклеточные. Однако на Марсе такие колонии микроорганизмов вряд ли сумели бы выжить в ту пору, когда их область обитания полностью пересыхала бы.

Или все-таки марсианские микробы и поныне населяют грунтовые воды, питающие марсианские ручьи? Можно вспомнить донные отложения в антарктических озерах или толщу земной коры на дне океанов, где тоже встречаются колонии микробов. Тем более, что соленая вода, по идее, должна растекаться в верхних слоях марсианской почвы.

Однако Марс – не Земля. В тамошней почве слишком холодно для живых организмов и, кроме того, им негде укрыться от проникающих сюда смертоносных космических лучей. Жизнь в том виде, в каком мы знаем ее здесь, на Земле, невозможна на Марсе.

Впрочем, сами астрономы Аризонского университета, обнаружившие загадочные бороздки-ручейки, считают, что «астробиологам все-таки следует изучить эти уникальные регионы Марса». Однако изучить их в обозримом будущем вряд ли удастся. Склоны марсианских кратеров слишком круты, чтобы можно было использовать там марсоход.

Так что, остановимся… Увлеченные загадками соседней планеты и подгоняемые этим бессмертным призраком жизни на Марсе, мы унеслись далеко вперед. Ведь пока окончательно не решена даже загадка марсианской воды. Зато известно точно, что на Марсе есть водяной лед и что близ поверхности планеты залегают настоящие ледники. Ледяные шапки, как и на Земле, покрывают полюса Марса. Известно также, что 4 миллиарда лет назад на Марсе плескалась, струилась, текла, та самая вода, которую по каплям пытаются собрать на нем современные ученые. Весьма вероятно, что скоро их ждет успех.

Чем больше планетологи узнают о древнейшем периоде истории Марса, тем очевиднее становится его сходство с Землей. Марс – это та же «Земля в проекте», вот только выполнение проекта внезапно прервалось. Что-то здесь пошло не так. Атмосферу Марса сорвало – словно крышу лаборатории от нечаянного взрыва. Марс стал развиваться сам по себе со всем, что у него осталось. Так неужели наука способна сейчас, до экспедиции космонавтов на Марс, четко судить о том, населяли ли Марс четыре миллиарда лет назад невидимые невооруженным глазом микробы?

Reset password

Recover your password
A password will be e-mailed to you.
Back to
Закрыть панель