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 ?’ (?’= 8.8 для песка, ?’= 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.