Признаки наличия гидратированных солей на Марсе

Вода — одна из основных загадок Марса. Получено немало свидетельств того, что в далёком прошлом на Марсе был более благоприятный климат, допускавший существование не только текучей воды в виде рек и ручьёв, но и стоячих водоёмов. Потом в погоде Марса что-то изменилось, и теперь о былой марсианской влаге напоминают лишь пересохшие «русла» и слои осадочных пород. Однако не утихают споры о том, существует ли жидкая вода и на теперешнем Марсе, может быть, в очень редких случаях, может быть, где-то не на поверхности, а под нею, но всё-таки существует.

Многообещающим свидетельством в пользу возможности существования жидкой воды на современном Марсе стали рекуррентные полосы на склонах (recurring slope lineae, RSL), о которых сообщили в 2011 году Альфред Макюэн и его коллеги. Полосы RSL представляют собой длинные (сотни метров) и узкие (от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров) отметины на крутых склонах, примерно на 40% более тёмные, чем окружающая поверхность. Они достаточно редки и наблюдаются лишь на нескольких участках марсианской поверхности.

Важной особенностью RSL является динамичный характер этих образований. Они появляются, растут и исчезают, причём их появление привязано к тёплому времени марсианского года (от поздней весны до ранней осени). Средняя скорость роста RSL составляет около 20 м в день, однако отмечены случаи, когда с RSL не происходило никаких изменений на протяжении нескольких недель. Не исключено, что иногда длина RSL может скачкообразно увеличиваться на полкилометра. Оценка скорости роста затрудняется тем, что интервал между двумя последовательными снимками одной и той же местности довольно велик, от нескольких недель до нескольких месяцев. Если на пути полосы RSL встречается препятствие, она «обтекает» его. Отдельные RSL могут ветвиться и сливаться.

Уверенно отождествлённые RSL встречаются только в южном полушарии Марса, преимущественно на склонах, обращённых к экватору, то есть к Солнцу. Если вспомнить, что RSL наблюдаются, главным образом, в течение марсианского лета, возникает естественное предположение, что их появление требует тепла. Летняя дневная температура на склонах, обращённых к Солнцу, в южном полушарии составляет 250-300 К (в северном полушарии летняя температура ниже, поскольку там лето приходится на время прохождения через афелий). Этой температуры достаточно, чтобы растопить солёную воду и дать ей возможность просачиваться и даже стекать вниз по склонам. Поэтому изначально наиболее предпочтительным объяснением природы RSL считалось течение жидкой солёной воды, однако подтвердить это объяснение наблюдениями достаточно сложно.

Интерпретация наблюдений затрудняется тем, что камера высокого разрешения HiRISE на борту Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), при помощи которой были обнаружены RSL, не позволяет получать спектры, а спектральный прибор CRISM на борту MRO обладает низким пространственным разрешением — порядка 18 м на пиксел, что существенно превышает ширину RSL. Однако на некоторых участках поверхности Марса RSL настолько многочисленны и располагаются настолько близко друг к другу, что их спектральное исследование оказалось всё-таки возможным.

Lujendra Ojha (Georgia Institute of Technology) и его коллеги подобрали несколько участков поверхности Марса, где плотность RSL позволяет получать их спектры в диапазоне от 1 до 4 мкм, в котором можно надеяться увидеть полосы поглощения, связанные с гидратированными солями. В кратере Паликир обнаружены полосы поглощения на длинах волн примерно 1.4, 1.9, 2.15 и 3 микрона, причём полоса на 1.4 мкм (связанная с радикалом OH) наблюдается только ближе к центру RSL (насколько это возможно было оценить по данным для шести пикселов) и пропадает на её периферии. Эта полоса ослабевает по мере испарения воды из соли, поэтому можно предположить, что содержание воды более высоко в центре RSL, что кажется вполне логичным. В окрестностях RSL за их пределами ни на 1.4 мкм, ни на 1.9 мкм полосы поглощения не обнаружены. В целом, спектр RSL в кратере Паликир наилучшим образом описывается смесью марсианского грунта с гидратированными солями магния — перхлоратом, хлоратом и хлоридом.

В спектрах RSL на склонах центральной горки кратера Хоровиц присутствуют те же полосы поглощения, за исключением полосы на 1.4 мкм (на уровне шума). Здесь спектры соответствуют смеси грунта с перхлоратом натрия. В спектрах RSL на склонах центральной горки кратера Хейл есть полосы на 1.48 мкм и 1.9 мкм, что, как и в случае кратера Паликир, указывает на наличие перхлората магния. В каньоне Копрат обнаружена только полоса на 1.9 мкм, что не позволяет идентифицировать конкретную соль.

Происхождение предполагаемой воды объяснить сложно. Хотя значительная часть RSL наблюдается в топографических условиях, допускающих существование грунтовых вод, они встречаются и там, где грунтовые воды маловероятны, например на склонах центральной горки кратера Хоровиц. Кроме того, прогрев склонов в южном полушарии слишком велик, чтобы под ними на незначительных глубинах мог сохраняться лёд, находящийся в равновесии с атмосферой. Формирование RSL за счёт грунтовых вод должно быть неравновесным процессом, связанным с какими-то подвижками поверхности или миграцией грунтовых вод. Альтернативное объяснение состоит в том, что вода впитывается из атмосферы. Однако в этом случае неясно, достаточно ли воды в атмосфере средних широт южного полушария, чтобы обеспечить появление RSL. Конечно, вполне возможно, что RSL на разных участках поверхности Марса появляются в результате действия разных механизмов. Отсутствие RSL в северном полушарии может быть связано как с другим, более холодным климатом, так и с особенностями поверхности. Предполагаемые залежи солей различных хлорсодержащих кислот сосредоточены в тёмных областях южного полушария, то есть именно там, где наблюдаются RSL.

В целом, хотелось бы подчеркнуть следующее. Никто пока жидкую воду на Марсе не наблюдал, если не считать предполагаемых капелек на «ногах» спускаемого аппарата Phoenix. В спектрах участков поверхности Марса с большим количеством RSL обнаружены полосы поглощения, близкие к полосам поглощения гидратированных солей хлорсодержащих кислот, не более того. Совпадение времени и места наблюдения указывает, что гидратированные соли появляются на поверхности благодаря RSL. Если речь действительно идёт о жидкой воде, гидратированные соли могут как выноситься этой водой на поверхность, так и появляться в результате пропитывания водой поверхностных хлорсодержащих минералов, но определённо установить их природу можно будет только при помощи более детальных исследований.