Марс сегодня выглядит холодным, сухим и практически безжизненным миром. Его поверхность покрыта пылью и камнями, а атмосфера слишком разрежена для существования жидкой воды в стабильном состоянии. Однако многочисленные данные последних десятилетий показывают, что миллиарды лет назад Красная планета выглядела совершенно иначе. На её поверхности существовали реки, озёра и, возможно, даже длительно сохранявшиеся водные системы.
Новая работа, основанная на данных марсохода Curiosity, позволила получить ещё одно важное свидетельство этого прошлого. Исследователи обнаружили, что определённые минералы внутри кратера Гейла способны выступать своеобразными архивами древнего марсианского климата. Их структура сохранила информацию о температуре, присутствии воды и условиях, существовавших на планете миллиарды лет назад.
Кратер Гейла — одно из главных мест изучения древнего Марса
Кратер Гейла считается одним из наиболее важных объектов для исследования истории Красной планеты. Его диаметр составляет около 154 километров, а в центре возвышается гигантская гора Эолида, более известная как гора Шарпа.
Именно сюда в 2012 году прибыл марсоход Curiosity. Выбор места посадки был неслучайным. Орбитальные наблюдения показали, что кратер содержит многочисленные слоистые отложения, сформировавшиеся в разные периоды марсианской истории. Эти слои можно сравнить с геологической летописью, где каждая порода хранит информацию о среде своего образования.
За годы работы Curiosity исследовал десятки участков кратера и неоднократно находил признаки древних водоёмов, потоков воды и химических процессов, связанных с длительным присутствием влаги.
Почему минералы могут рассказать о прошлом планеты
Геологи часто называют минералы природными архивами.
Каждый минерал формируется только при определённых физических и химических условиях. Температура, состав воды, кислотность среды, продолжительность контакта с жидкостью и другие факторы влияют на его структуру и свойства.
Поэтому изучение минерального состава пород позволяет восстанавливать условия, существовавшие в момент их образования. Этот метод широко используется как на Земле, так и при исследовании других планет.
В новом исследовании особое внимание было уделено минералу гематиту — одной из форм оксида железа. Именно он оказался ключом к пониманию того, как менялся климат древнего Марса.
Гематит давно считается важным марсианским минералом
Гематит хорошо известен исследователям Красной планеты.
Этот минерал образуется при участии воды и поэтому давно рассматривается как один из признаков её присутствия в прошлом. Именно богатые гематитом области привлекали внимание учёных ещё до отправки современных марсоходов.
Однако новая работа показала, что значение гематита может быть гораздо шире. Оказалось, что важен не только сам факт его наличия, но и строение отдельных кристаллов минерала.
Размер и форма этих микроскопических структур способны рассказать о том, насколько долго сохранялась вода и при каких температурах происходили геохимические процессы.
Curiosity исследовал двадцать образцов пород
Для исследования учёные использовали двадцать образцов, собранных Curiosity в разных частях кратера Гейла.
Марсоход поднимался по склонам горы Шарпа, постепенно проходя через всё более молодые геологические слои. Благодаря этому исследователи получили возможность сравнить минералы из разных эпох марсианской истории.
Каждый образец был проанализирован с помощью прибора CheMin — одного из самых сложных научных инструментов на борту ровера. Он использует рентгеновскую дифракцию для определения состава и структуры минералов внутри измельчённых образцов породы.
Такая технология позволяет получать данные, которые невозможно собрать только с помощью спутниковых наблюдений.
Неожиданная разница между верхними и нижними слоями
Результаты анализа показали любопытную закономерность.
В более высоких слоях кратера кристаллы гематита оказались очень маленькими — менее десяти нанометров. В более глубоких и древних слоях размеры кристаллов значительно увеличивались и достигали примерно шестидесяти пяти нанометров.
На первый взгляд подобная разница может показаться незначительной. Однако для геологии она имеет большое значение.
Размеры кристаллов отражают условия их роста. Чем дольше минерал находится в благоприятной среде, тем больше времени у кристаллов для развития и перестройки структуры.
Поэтому различия между слоями стали важным указанием на изменения окружающей среды в разные периоды истории Марса.
Ещё один важный минерал — гётит
Не менее интересным оказалось поведение другого железосодержащего минерала — гётита.
На Земле он часто образуется вместе с гематитом в условиях присутствия воды. Поэтому наличие или отсутствие гётита может многое рассказать о прошлом среды.
Исследователи обнаружили, что в верхних слоях кратера гётит сохраняется вместе с гематитом. Однако в нижних и более древних слоях он практически исчезает.
Этот результат оказался крайне важным для интерпретации данных.
Следы длительного воздействия тёплой воды
Учёные считают, что отсутствие гётита в глубоких слоях связано с длительным воздействием относительно тёплой подземной воды.
При таких условиях гётит постепенно преобразуется в гематит. Одновременно происходят процессы роста кристаллов, из-за чего размеры гематитовых структур увеличиваются.
Именно такую картину и зафиксировал Curiosity. Крупные кристаллы гематита в нижних слоях кратера могут быть свидетельством того, что эти породы длительное время контактировали с тёплой водой после своего формирования.
Фактически минералы сохранили информацию о древней гидрологической системе Марса.
Под поверхностью вода сохранялась дольше, чем считалось
Один из самых важных выводов исследования связан со сроками существования воды.
Полученные данные показывают, что в глубоких слоях кратера Гейла подземные водоносные системы могли сохраняться на протяжении миллионов лет после того, как климат планеты начал становиться холоднее и суше.
Согласно расчётам исследователей, тёплые грунтовые воды могли присутствовать в этих породах до 4,7 миллиона лет. Для геологических процессов это очень значительный промежуток времени.
Это означает, что даже после ухудшения условий на поверхности подземная среда ещё долго оставалась относительно стабильной.
Возможные последствия для поисков жизни
Вопрос существования жизни на древнем Марсе остаётся одним из главных направлений современной планетологии.
Хотя прямых доказательств жизни пока не найдено, наличие длительно существовавших водных систем считается одним из важнейших условий потенциальной обитаемости.
Если под поверхностью действительно сохранялись тёплые водоносные горизонты, они могли создавать более благоприятную среду, чем холодная и постепенно высыхающая поверхность планеты.
Исследователи подчёркивают, что наличие воды само по себе не доказывает существование жизни. Однако подобные условия значительно расширяют временные рамки возможной обитаемости древнего Марса.
История Марса оказалась сложнее простого высыхания
Долгое время популярной была относительно простая картина марсианской эволюции.
Согласно ей, Марс сначала был тёплым и влажным, а затем постепенно превратился в холодную пустыню. Однако результаты последних лет показывают, что реальная история была значительно сложнее.
Данные Curiosity неоднократно указывали на чередование различных климатических условий. В кратере Гейла обнаруживались следы озёр, потоков воды, химически изменённых пород и подземных водных систем.
Новая работа дополняет эту картину, показывая, что подземная среда могла оставаться активной даже тогда, когда поверхностные условия уже ухудшались.
Почему открытие важно для будущих миссий
Исследование имеет значение не только для понимания прошлого Марса.
Полученные результаты помогают определять наиболее перспективные районы для поиска следов древней жизни и для будущих миссий по возврату образцов на Землю.
Если некоторые участки марсианской коры действительно сохраняли тёплую воду в течение миллионов лет, именно там вероятность обнаружения химических или биологических следов древней обитаемости может оказаться наиболее высокой.
Кроме того, работа показывает эффективность детального минералогического анализа. Даже микроскопические особенности кристаллов способны содержать информацию о глобальных климатических изменениях целой планеты.
Марсианские породы продолжают раскрывать историю Красной планеты
Спустя почти четырнадцать лет после посадки Curiosity его научная ценность продолжает расти. Каждый новый анализ пород помогает уточнять историю Марса и восстанавливать события, происходившие миллиарды лет назад.
Исследование минералов кратера Гейла показало, что древний климат Красной планеты менялся постепенно и гораздо сложнее, чем предполагалось раньше. Под поверхностью могли существовать длительно живущие водоносные системы, сохранявшие тёплые и влажные условия даже после общего похолодания планеты. Эти результаты делают Марс ещё более интересным объектом для будущих исследований и укрепляют представление о том, что в далёком прошлом он был значительно более похож на Землю, чем выглядит сегодня.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
