На дне марсианского каньона может располагаться гигантский ледник

17.12.2021 Обработка данных измерений российского нейтронного телескопа ФРЕНД на борту аппарата Trace Gas Orbiter российско-европейской миссии «ЭкзоМарс» показала необычайно высокое содержание воды на дне каньона Долина Маринера вблизи марсианского экватора.

Марсианский каньон Долина Маринера (Valles Marineris) был открыт космическим аппаратом НАСА Mariner-9 в 1971 году. Он простирается вдоль четверти длины экватора на расстояние около 4500 км и имеет глубину до 7 км.
vm_and_cch_esa_image.png
 
Долина Маринера (Valles Marineris) по данным камеры HRSC на КА Mars Express (ЕКА). Цвета приближены к реальным, масштаб по вертикали увеличен в 4 раза. Площадь изображенного участка 630 000 кв. км, разрешение 100 м на пиксел. Красным овалом отмечено расположение района Candor Chasma (каньон Кандор) и ледника, обнаруженного телескопом ФРЕНД, в системе Долины Маринера. Изображение (с) ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO

Каньон образовался около 3.5 млрд лет назад, когда на Марсе возникли вулканы провинции Фарсида и вулканическая гора Олимп — самая высокая в Солнечной системе. Вызванные вулканами тектонические процессы привели к образованию огромного разлома, который под воздействием водной эрозии со временем превратился в каньон. Процесс его формирования, вероятно, завершился около 2 млрд лет назад. Предполагается, что в ходе эволюции планеты каньон мог эпизодически наполняться водой. Сейчас на его склонах наблюдаются оползни и протоки, лишь косвенно свидетельствующие о продолжающихся гидрологических процессах. Поэтому этот каньон — одно из самых интересных мест для изучения истории Марса: его высокие стены содержат геологическую летопись планеты.

Неоднократно высказывались гипотезы о присутствии на его дне марсианских ледников, что делает изучение этого каньона, наряду с другими уникальными геологическими формациями на Марсе, одной из главных задач эксперимента с нейтронным телескопом ФРЕНД (от англ. Fine Resolution Epithermal Neutron Detector), который с 2016 г. работает на борту марсианского спутника Trace Gas Orbiter российско-европейской миссии «ЭкзоМарс» (ExoMars).
 
Прибор ФРЕНДНаходясь на марсианской орбите, ФРЕНД измеряет потоки нейтронов от поверхности планеты, возникающее в результате ее бомбардировки  галактическими космическими лучами. Так как энергетический спектр нейтронов зависит от концентрации атомов водорода в грунте, то его измерение позволяет довольно точно оценить концентрацию водорода в слое до глубины около 1 м. Главная особенность телескопа ФРЕНД — это возможность картографирования Марса с высоким пространственным разрешением, порядка нескольких десятков километров. Благодаря этому российские ученые впервые смогли оценить содержание водорода в относительно небольших по размерам «оазисах» на поверхности Марса. Наиболее интересным среди них оказался район Candor Chasma (каньон Кандор) в Долине Маринера.

Известно, что практически весь водород в марсианском веществе входит в молекулы воды. До настоящего времени предполагалось, что на современном Марсе основная масса воды в виде отложений льда присутствует только в приполярных областях. Оценки содержания воды в грунте на умеренных широтах и на экваторе соответствовали всего нескольким процентам по массе. Предполагалось что эта вода образует тонкие мономолекулярные слои на поверхности частиц реголита или входит в состав гидратированных минералов.

Согласно данным измерений телескопа ФРЕНД, содержание водорода в веществе района Кандор в пересчете на воду соответствует массовой доле в веществе около 40% (область С на рисунке). Это слишком много как для адсорбированной воды на поверхности частиц мерзлого реголита, так и для химически связанной воды в составе гидратированных минералов. Такая высокая массовая доля воды практически однозначно указывает на присутствие на дне каньона гигантского ледника из замерзшей воды.
fig._1_vm_frend_water_2021.png
 

Карта массовой доли воды на дне марсианского каньона Долина Маринера, построенная по данным измерений нейтронного излучения Марса нейтронным телескопом ФРЕНД на борту КА Trace Gas Orbiter (Роскосмос/ЕКА). Цветами обозначены оценки массовой доли воды в веществе поверхности до глубины около 1 м. Серым цветом показан рельеф по данным прибора MOLA на борту КА Mars Global Surveyor (НАСА). В центральной части каньона обнаружены три концентрические области с возрастающей к центру массовой долей воды в грунте: 40.3% в центральной области C, 12.4% в области B и 7% в пограничной области А. Изображение из статьи I. Mitrofanov et al. 2021

Площадь покрытой ледником поверхности составляет около 41 000 кв. км. Это более чем в два раза превышает площадь Ладожского озера — крупнейшего пресноводного водоема Европы.
Вывод о присутствии на дне каньона воды в виде ледника должен быть проверен в будущих марсианских экспедициях. В условиях современного Марса существование ледника вблизи марсианского экватора требует особых условий освещённости, давления и температуры. Такие условия могут иметь место только на дне глубоких ущелий.  Ледник мог образоваться вместе с самим каньоном еще 2 млрд лет тому назад и состоять из древней замерзшей воды молодого Марса. Также не исключено, что процесс формирования ледника продолжается и в настоящее время — эпизодические протоки грунтовой воды по склонам каньона могут скапливаться и замерзать на его дне.
В любом случае, изучение ледника на дне Долины Маринера в будущем может стать одним из основных направлений марсианских исследований. Во-первых, в древней мерзлой воде должны присутствовать растворенные в ней минеральные соли и сложные химические соединения, образовавшиеся в ранние эпохи эволюции Марса. Во-вторых, вода молодого Марса могла быть средой зарождения примитивной жизни, и ее реликтовые фрагменты могут сохраниться в леднике до настоящего времени.

Вне зависимости от происхождения воды и формы ее присутствия в грунте, открытие прибора ФРЕНД свидетельствует о наличии огромного водного ресурса непосредственно вблизи марсианского экватора. Его доступность для исследований и использования сможет оказать большое влияние на реализацию будущих автоматических и пилотируемых марсианских миссий.

***
Прибор ФРЕНД создан в Институте космических исследований РАН в рамках государственного контракта с Госкорпорацией «Роскосмос» для российско-европейской миссии «ЭкзоМарс». Обработка и научная интерпретация полученных в рамках эксперимента данных выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект «Исследование распределения содержания воды в приповерхностном грунте Марса по данным эксперимента ФРЕНД миссии ЭкзоМарс»).
Результат представленного исследования опубликован в журнале Icarus 19 ноября 2021 г.

***
Проект «ЭкзоМарс»/ExoMars — совместный проект Роскосмоса и Европейского космического агентства.

Проект реализуется в два этапа. Первая миссия с запуском в 2016 году включает два космических аппарата: орбитальный Trace Gas Orbiter (TGO) для наблюдений атмосферы и поверхности планеты и посадочный модуль «Скиапарелли» (Schiaparelli) для отработки технологий посадки.

Научные задачи аппарата TGO — регистрация малых составляющих марсианской атмосферы, в том числе метана, картирование распространенности воды в верхнем слое грунты с высоким пространственным разрешением порядка десятков км, стереосъёмка поверхности. На аппарате установлены два прибора, созданные в России: спектрометрический комплекс АЦС (ACS — Atmospheric Chemistry Suit, Комплекс для изучения химии атмосферы) и нейтронный телескоп высокого разрешения ФРЕНД (FREND, Fine-Resolution Epithermal Neutron Detector). Также Россия предоставляет для запуска ракету-носитель «Протон» с разгонным блоком «Бриз-М».

Второй этап проекта (запуск 2022 г.) предусматривает доставку на поверхность Марса российской посадочной платформы «Казачок» с европейским автоматическим марсоходом «Розалинд Франклин» (Rosalind Franklin) на борту. Россия предоставляет для запуска ракету-носитель «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М».

АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос») является разработчиком и изготовителем посадочной платформы и десантного модуля миссии «ЭкзоМарс-2022». Десантный модуль должен обеспечить мягкую посадку на поверхность европейского марсохода «Розалинд Франклин». Аппарат TGO будет задействован и на второй стадии проекта. Орбитальный модуль будет использоваться для ретрансляции данных миссии «ЭкзоМарс-2022» после её прибытия на Марс.

В рамках обоих этапов в России создаётся объединенный с ЕКА наземный научный комплекс проекта «ЭкзоМарс» для приёма, архивирования и обработки научной информации.

Источник: ИКИ РАН


Количество показов: 2422

Возврат к списку