Новое исследование показывает, что в открытом льду вблизи северного полюса Марса содержится гораздо меньше пыли, чем предполагали ученые ранее, что дает новые сведения об истории климата планеты. Результаты исследования были опубликованы в журнале npj Space Exploration.
Марс славится своей красной пылью. Поэтому неудивительно, что замерзшая вода у его северного полюса тоже покрыта грязью. Новое исследование показало, что обнажившийся там лед гораздо чище, содержание пыли в нем составляет менее 3% по массе, по сравнению с более ранними оценками, достигавшими 25%.
Лед на Марсе, как и на Земле, хранит запись о прошлом климате, которая может помочь определить, существует ли на планете жизнь сейчас или существовала когда-либо. Пыль здесь играет важную роль, поскольку она затемняет лед и изменяет количество солнечного света, отражаемого обратно в космос. За исключением полюсов, где лед иногда обнажается, большая часть марсианского льда погребена под пылевым слоем поверхности.
«Нам известно, что в районе северного полюса Марса есть водяной лед, но существуют значительные разногласия относительно того, насколько этот лед пыльный», — сказал Адитья Кхуллер из Лаборатории прикладной физики Вашингтонского университета. «Чем больше пыли, тем темнее будет лед. Как темная футболка на солнце согревает, так и пыльный лед на Марсе нагревается и быстрее испаряется».
Он и ведущий автор Пари Мохан, недавно окончившая Вашингтонский университет со степенью в области геонаук, не работали с новыми образцами льда. Вместо этого они провели повторный анализ существующих измерений, полученных с помощью посадочного модуля НАСА «Феникс», а также с помощью приборов на космических аппаратах, вращающихся вокруг Марса.
Ученые бурят глубокие скважины в полярных льдах Земли и извлекают длинные цилиндры, содержащие данные о местной атмосфере. Эти записи можно датировать древними периодами, поэтому большая часть знаний о прошлом климате Земли получена из ледниковых периодов.
На Земле это непростая задача, а на Марсе — еще сложнее, ведь он никогда не приближается к нам на расстояние около 55 миллионов километров.
Первая успешная посадка НАСА на Марс произошла 50 лет назад. В 2008 году посадочный модуль Phoenix взял образцы льда вблизи Северного полюса, что стало крупным достижением после того, как в 1999 году пропал без вести марсианский полярный посадочный модуль вблизи Южного полюса.
Траншея, вырытая аппаратом Phoenix, до сих пор остается единственным местом на Марсе, где с поверхности Земли была измерена яркость обнаженного льда.
Несколько лет назад Кхуллер заметил проблему в том, как исследователи оценивали физический состав марсианского льда. Они позаимствовали передовой подход из исследований грунта на Луне, и когда он проверил его точность на Земле, результаты не совпали.
Для нового исследования он и Мохан переделали расчеты. В основе их метода лежала работа Стива Уоррена, почетного профессора наук о Земле и космосе Вашингтонского университета.
«Его методы успешно применялись для изучения снега и льда на Земле на протяжении десятилетий. Поэтому я подумал, что было бы интересно адаптировать эти проверенные на Земле методы к условиям Марса», — говорит Кхуллер.
Полярный лед выглядит ярче или темнее в зависимости от времени года, и команда внимательно следила за этими изменениями.
«Изучив, как менялась яркость с течением времени, мы выяснили, что зимой образуется иней, который становится более пыльным. Летом на Марсе он исчезает, обнажая более чистый и старый лед», — поясняет Кхуллер.
Результаты показывают, что северный полюс имеет структуру, напоминающую «сэндвич с мороженым», где слои более пыльного льда расположены между пластами более чистого льда. Эти пылевые полосы помогают оценкам уровня пыли на поверхности соответствовать показаниям радара всей толщи атмосферы, толщина которой составляет почти 1,5 км.
Для того чтобы вся стопка в целом содержала много пыли, не обязательно, чтобы верхняя часть кучи была грязной.
Эти слои содержат сведения о климате Марса тысячи лет назад, когда, как считается, лед образовался из снега. Поверхность льда моложе, чем глубокие слои, и, по оценкам одного недавнего исследования, возраст верхнего слоя льда составляет около 1500 лет.
Марс переживает масштабные ледниковые периоды, в результате которых на примерно трети планеты образовался тонкий слой льда. На Земле же равновесие планеты обеспечивается притяжением крупного спутника.
У Марса всего два небольших спутника, и он «сильно колеблется, что и вызывает эти драматические ледниковые периоды.
В более раннем исследовании Кхуллер с коллегами предположили, что слои пыли и льда могут создать условия для жизни на Марсе. Темные слои могут способствовать улавливанию солнечного света и образованию скоплений талой воды внутри льда. Эти скопления, обогащенные питательными веществами из пыли, потенциально могут поддерживать микробную жизнь.
Подобные скопления неглубокой, пыльной талой воды во льду Земли часто изобилуют жизнью летом, а затем замерзают зимой, в результате чего микробы перестают быть активными.
«Интересно то, что и Марс, и Земля имеют похожие слои водяного льда и пыли, — отмечает Кхуллер. — Почему на одной планете есть жизнь, а на другой нет?»
Слоистая картина получена на основе простой модели, соответствующей измерениям, и никто не сверлил марсианский полюс, чтобы это проверить. Команда до сих пор не может точно сказать, как пыль распространяется по более глубоким слоям или как она вообще попадает во лед.
Более глубокое изучение климата продвинет ситуацию вперед, но на ответ на жизненно важный вопрос могут уйти годы. Кхуллер надеется применить усовершенствованные методы для исследования льда в других частях Красной планеты, в том числе на участках, расположенных ближе к экватору.
