Марс — еще больше льда в районе северного полюса, но глубоко
Новое исследование, основанное на анализе данных от радара SHARAD (установлен на аппарате MRO (Mars Reconnaissance Orbiter)), показало интересные результаты — обнаружены обширные слои льда и песка (содержащие до 90% воды) на глубине более полутора километров под поверхностью Марса в окрестностях северного полюса, причем их объема достаточно, чтобы покрыть всю красную планету слоем воды глубиной не менее 1,5 метра, сделав ее немного голубоватой.
В продолжении этой публикации «Как Марс теряет воду — научное исследование с моделированием».
Новая научная работа «Погребенные под поверхностью ледяные и песчаные шапки на северном полюсе Марса» опубликована в журнале Geophysical Research Letters.
В данном исследовании ученые из Техасского и Аризонского университетов (США) использовали данные, полученные радиолокатором подповерхностного зондирования SHARAD (Mars SHAllow RADar sounder), установленного на борту космического аппарата NASA MRO (Mars Reconnaissance Orbiter).
Аппарат Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) был запущен 12 августа 2005 года, достиг Марса 10 марта 2006 года, а в ноябре 2006 года начал полноценные научные исследования после окончания орбитальных маневров, проверок и калибровок бортового оборудования.
MRO содержит целый ряд научных приборов, таких как камеры, спектрометры, радары, которые используются для анализа рельефа, стратиграфии, минералов и льда на Марсе.
На MRO установлен радиолокатор SHARAD предназначен для исследования внутренней структуры марсианских полярных шапок, а также сбора данных о подземных залежах льда.
Внешняя антенна радара — это отдельный блок на MRO.
Радиолокатор SHARAD использует ВЧ-радиоволны в диапазоне 15-25 МГц, что позволяет ему зондировать поверхность на глубину от 7 м до 1 км. Разрешение по горизонтали базируется от 0,3 до 3 км (0,3–1 km along-track and 3–6 km across-track). Длительность импульса составляет 85 мкс, а номинальная частота повторения импульсов 700,28 Гц, передаваемая мощность составляет 10 Вт, для измерений используется десятиметровая диполь-антенна.
Метод зондирования — радиолокационное синтезирование апертуры, которое позволяет получать радиолокационные изображения марсианской поверхности и находящихся на ней объектов независимо от метеорологических условий и уровня естественной освещенности местности с детальностью, сравнимой с аэрофотоснимками.
Для расширения возможностей радара, ученые используют SHARAD в паре с радиолокатором MARSIS, который имеет более низкое разрешение, но способен зондировать поверхность на глубину до 5 км. MARSIS установлен на другом работающем в данный момент космическом аппарате — Mars Express.
В своей новой научной работе ученые показали, что обнаружили остатки древних ледяных щитов, залегающих под поверхностью на северном полюсе планеты на глубине более полутора километров, что служит доказательством существования на Марсе периодов роста и истощения полярных льдов, связанных с изменением его орбиты и наклона.
Полученные результаты имеют важное значение, потому что слои льда на Марсе являются своего рода годичными кольцами, хранящими записи о климате на нем в прошлом. Изучение геометрии и состава этих слоев может рассказать нам, были ли там когда-нибудь благоприятные для возникновения жизни условия.
Как образовались эти подземные слои?
Процесс накопления льда на полюсах планеты происходил в ходе последних ледниковых периодов.
Далее, когда планета начинала нагреваться, остатки ледяных шапок покрывались песком, который защищал лед от солнечных лучей и препятствовал его улетучиванию в атмосферу, а затем и в космическое пространство.
С периодом примерно 50000 лет Марс наклоняется к Солнцу, а затем постепенно возвращается в вертикальное положение, как колеблющийся волчок.
Когда Марс вращается в вертикальном положении, его экватор обращен к Солнцу, что вызывает процесс роста полярных ледяных шапок. По мере того как Марс меняет свой наклон, лед на полюсах покрывается слоями песка, так что не очень глубоко под поверхностью планеты в районе полюсов находятся чередующиеся пласты льда и песка.
Эти находки имеют большое значение, поскольку слои льда отражают древние изменения климата на Марсе, аналогично тому, как годичные кольца деревьев отражают изменения древнего климата на Земле.
Сокращения, используемые на картинках ниже:
- слоистые отложения на северном полюсе — north polar layered deposits (NPLD);
- Basal unit (BU);
- диэлектрическая проницаемость ε’ (ε’= 8.8 для песка, ε’= 3.1 для льда);
- горные породы (Rupes);
- Северное плато (Planum Boreum) — равнина, расположенная на северном полюсе Марса.
Данные и графики из исследовательской работы:
Рисунок 1. Место проведения исследований
А: Карта высот Северного плато и окружающих равнин с наложенным рельефом (черные полоски — места обнаружения подповерхностных полостей со слоями льда):
B: Измерение диэлектрической проницаемости в областях подповерхностных полостей:
C: Схематическое представление стратиграфических подразделений Северного плато:
Рисунок 2. Данные от радиолокатора SHARAD
A: Оригинальное изображение-срез от SHARAD:
B: Интерпретированное изображение-срез, на котором выделены разные внутренние слои (проанализированы данные по диэлектрической проницаемости):
Рисунок 3. Статистические данные по анализу расчетов относительной диэлектрической проницаемости образцов.
A: усреднено по всей равнине Северного плато:
B: в центральной части равнины Северного плато:
C: обобщенная диаграмма «Базальт-Гипс-Лед» для Северного плато:
Рисунок 4. Компьютерная модель структуры полостей Северного плато на глубине более 1500 метров (синий цвет — лед, оранжевые линии — песок).
Видно, что в центральной части под поверхность залежи льда очень обширные:
Рисунок 5. Анализ одного из образцов среза подповерхностных полостей Северного плато.
A: Образец среза с крутыми уступами и дюнами внутри (черные стрелки):
C: Зеленый участок в увеличении (синие стрелки — слои песка, зеленые — полости со льдом):
D: Фиолетовый участок в увеличении (синие стрелки — слои песка, зеленые — полости со льдом):
B: Топографический профиль изучаемого среза:
Таким образом, при дальнейшем изучении и анализе около 3000 различных подобных вышеописанным на рисунках образцов, были обнаружены подповерхностные слои песка и льда, содержащие до 90% воды (от 62% до 88%), а ведь это древние ледяные шапки, выжившие под поверхностью Марса и ждущие своего дальнейшего изучения.
Для организации добычи воды на Марсе очень важно понять, какие ее запасы в прошлом были доступны на планете в глобальных масштабах, а какая ее часть могла сохраниться в ее полярных областях и насколько этот объем доступен для извлечения.
Оказывается, что общий объем воды в этих тысячелетних полярных подповерхностных отложениях равен объему воды, заключенной в ледниках и залегающих слоях льда в более низких широтах Марса, а так же эти залежи между собой примерно одного возраста.
А ведь вода — это жизнь, таким образом, понимание того, какие объемы воды на планете были доступны миллионы лет назад по сравнению с тем, какая часть воды была захвачена и «спрятана» под полюсами, имеет важное значение, так как даже если на Марсе были все подходящие условия для жизни, но большая часть его воды была заперта на полюсах, то ее объема у экватора, возможно, было недостаточно для полноценного развития живых организмов.
Источник
Ледники Марса: чем они могут быть полезны?
Задаваясь вопросом, есть ли лед на Марсе – можно с уверенностью сказать. – Да, у Марса есть лед на обоих его полюсах. В условиях разряженной атмосферы Марса и низких температурах, вода может существовать на планете только в виде льда.
Лед на поверхности Марса
Порядка нескольких миллиардов лет назад Марс имел развитую гидросферу, представленную океаном, озерами, реками и ледниками. Тогда на планете вполне могла существовать биосфера. Миллиард лет назад на планете стали происходить резкие смены климата, тектонические процессы. Менялись характеристики атмосферы и гидросферы. В конце концов, Марс принял современный облик.
Лед на Марсе представлен ледниками на поверхности и замерзшими озерами под землей. Состав этих отложений достаточно специфический. В него может входить вода, грунт, минералы и углекислый газ.
По характеру состава различают пару видов льда: сухой и водяной. Если с водяным все понятно, то состав сухого льда основан на замерзшем углекислом газе. Основания для этого вполне имеются, ведь атмосфера Марса на 95% состоит из углекислоты.
Залежи льда сконцентрированы преимущественно в кратерах, полярных шапках и под грунтом. На планете две шапки: Северная и Южная. Они остаются основным поверхностным источником воды в виде льда. Последние исследования показывают, что природа, а также характеристики полярных шапок различаются, как и их состав. Северная шапка больше и, скорее всего, состоит большим образом из воды, в то время как Южная включает в состав много замёрзших паров углекислоты.
Другим местом отложений стали кратеры со льдом. Один назван в честь советского конструктора ракет Королева. Кратер Королев диаметром более 80 км содержит 2000 кубических километров замороженной жидкости и газов толщиной более полутора километров. Независимо от времени года отложения в кратере не тают. Явление основано на «ловушке» воздуха. Газ проходит мимо льда, охлаждается и опускается на его поверхность. Благодаря этому поверхность остается замороженной весь марсианский год.
Подповерхностный лед может покрывать всю планету
Недавно ученые нашли лед под поверхностью Марса. Под марсианскими равнинами, усеянными кратерами и трещинами располагаются не растаявшие ледяные залежи, по площади приблизительно равные самому большому из Великих озер. Скопления залегают под слоями земли на глубине от 1 до 10 метров коркой свыше 150 метров в толщину и содержат более половины водяного льда в своем составе. Скопления были обнаружены благодаря эрозионным процессам марсианской земли. Вся планета или огромные ее площади вполне могут быть покрыты подповерхностной ледяной коркой. Общего количества льда на Марсе достаточно, чтобы затопить его 10 метровым слоем жидкости.
Изображение где эрозия на Марсе обнажила большие крутые разрезы чистого подземного льда
Еще позднее под поверхностью Марса с помощью низкочастотных радаров нашли соленое подземное озеро размерами в 20 километров. Это подтвердило гипотезу о том, что жидкость может находиться внутри и образовывать целые подземные реки и озера.
Признаки замерзшей жидкости имеются и в верхних слоях грунта. Известный марсоход пробуксовал на одном месте, создав небольшое углубление в целях эксперимента. В нем на снимке отчетливо виден лед, который не тает из-за низких температур.
Можем ли мы растопить лед на Марсе?
Перед тем, как колонизировать планету, ее нужно терраформировать, то есть создать климатические условия, благоприятные для жизни. Исследователи называют разные сроки, за которые можно завершить процесс, но независимо от этого приемы остаются одинаковыми. Создать пригодные для жизни условия, возможно только с уплотненной атмосферой и более высоким давлением.
Водный лед поможет колонизаторам в освоении. Запасы будут полезны не только в качестве источника питьевой воды, но и для образования парниковых газов. А для этого его нужно растопить.
Способов, как растопить лед предложено много: от ядерного взрыва в тонких слоях атмосферы до гигантских орбитальных зеркал, которые бы фокусировали солнечные лучи на определенном участке. Для создания понадобилось бы 300 отражающих зеркальных панелей диаметром по 100 метров каждая. Такая процедура позволила бы создать плюсовую температуру и комфортные условия для жизни и работы космонавтов, расплавила ледяные покровы.
Последствия
На планете уже содержится много углекислоты и на это стоит обратить внимание. Принятие каких-либо попыток по утеплению без учета этого может закончиться созданием второй Венеры. Температура и давление станут противоположными нынешним, но все равно останутся непригодными для жизни. Более того, вся поверхность может оказаться под несколькими метрами воды.
Попытки еще больше исследовать планету на наличие органики и пригодных для жизни ресурсов в виде льда продолжаются, как и создание новых идей и способов колонизации. Даже если ледяных запасов хватит на создание благоприятных условий, они исчезнут приблизительно через 100 миллионов лет, что в масштабах человеческого развития является очень большим сроком.
Источник
