Марсоход Zhurong во время движения по марсианской Равнине Утопия провёл глубинную радарную и радиоволновую съёмку марсианских недр на глубину до 100 метров. Он обнаружил как минимум два геологических пласта, относящихся к разным эпохам. Вероятно, пласты сформировались примерно три и полтора миллиарда лет назад в результате действия «марсианских потопов» — потоков воды, способных переносить крупные булыжники.
Китайский аппарат Zhurong высадился на Марс в мае 2021 года. С тех пор он проделал путь около 1100 метров по бассейну Долины Утопия (Utopia Planum) почти на экваторе — древнему ударному кратеру, который предположительно мог быть океаном некогда в отдалённом геологическом прошлом.
Марсоход оснащён глубинным радаром, включённым постоянно во время движения робота. Радар может «просвечивать» грунт на глубину до десяти метров, как и аналогичный инструмент Perseverance. Также на марсоходе есть передатчик и приёмник низкочастотных радиоволн. Такие волны могут проникать в грунт на глубину до 100 метров, но разрешающая способность такого прибора намного ниже, чем у георадара.
Волны радиодиапазона и радарное излучение обеспечивает комбинированное радарное устройство марсохода — RoPeR (Rover Penetrating Radar), в котором есть два частотных канала. Высокочастотный канал работает в диапазоне 450—2150 МГц, а низкочастотный использует интервал 15—95 МГц. Пространственное разрешение устройства, использующего электромагнитные волны, определяется длиной волны: прибор может «увидеть» только структуры, сопоставимые по размеру или большие, чем характерные длины волн. Соответственно низкочастотный и длинноволновой канал будет иметь меньшее разрешение, но зато излучение может проникнуть в землю глубже.
Напомним, что длина λ и частота электромагнитной волны ν в вакууме связаны соотношением обратной пропорциональности: λ = c/ν, где c — скорость света (3 •108 м/с), поэтому, например, радиочастота 50 МГц отвечает длине волны 6 метров, а «радарная» частота 1000 МГц — 30 сантиметров. В веществе длина волны может немного изменяться, но для нас пока важен только порядок величины. «Классическая» радарная съёмка отвечает высокочастотному каналу с более короткими длинами волн (десятки сантиметров).
Такого же плана прибор на марсоходе Perseverance недавно помог провести первую глубинную съёмку Марса, просветив геологические структуры вниз на глубину около 15 метров. Его аналог на китайском марсоходе имеет сопоставимые глубины проникновения 3—10 метров в зависимости от состава пород. Соответственно новый результат Zhurong — геологическая съёмка низкочастотным устройством, с худшим разрешением, но зато на глубинах около 80 метров. Статья о результатах исследования недр Марса на Равнине Утопия в сентябре 2022 года вышла в Nature.
Радарная и радиосъёмка выявила по меньшей мере два геологических слоя на глубинах, до которых достают инструменты. Подошва («дно» на языке геологов) первого слоя находится на глубине от 10 до 30 метров, а второй уходит на глубины от 30 до 80 метров. Ни один из этих слоёв не похож на водосодержащий — иначе наблюдалось бы резкое ослабление сигнала при прохождении сквозь него.
Ни радарное излучение, ни радиоволны пока не могут уверенно указать, идёт ли речь о горной породе, слое льда или лаве. Поэтому реконструкция глубинного строения на пути марсохода опирается ещё и на теоретические модели (и разумеется, на земные аналогии). По мнению геологов, структура более глубокого слоя сформировалась при наводнении примерно три миллиарда лет назад, и она отражает характерное строение таких пород, знакомое на Земле: снизу породу составляет конгломерат (сцементированная масса) из крупных камней, а на них осаждался мелкий обломочный материал и камешки вроде щебня и гальки. В геологии такая структура называется градационной слоистостью (с уменьшением зернистости вверх по разрезу), или fining up sequence, и её образование достаточно интуитивно: первым на дно водоёма оседает более крупный материал типа булыжников, а уже поверх него — частицы помельче, вплоть до глинистых частиц.
Но отметим, что это не единственный механизм, по которому на Земле может образоваться именно такая структура. Вывод о размерах камней и их изменении с глубиной по данным радарной съёмки, разумеется, тоже косвенный. К такому заключению можно прийти, измеряя вариации различных параметров на определённой глубине — в частности, степени отражения радарного сигнала. Чем больше разброс, тем более разнородный материал находится на этой глубине. Сильный разброс может означать, что мы имеем дело с конгломератом — отдельные камни утоплены в цементный материал, а по величине вариаций можно сделать вывод и о статистическом распределении камней по размерам.
Для образования такой геологической структуры энергия потока воды должна быть достаточно высокой, чтобы он мог переносить крупные булыжники. Предполагается, что верхний слой образовался в результате действия похожего механизма, но намного позже — примерно 1,6 миллиарда лет назад. Исследования показывают, что эти периоды характеризуются интенсивной гляциальной активностью, то есть образованием и перемещением ледников и сопутствующими процессами.
В принципе нельзя исключать и другое объяснение образования обеих структур — интенсивный вулканизм с перемещением потоков лавы и образованием базальтовых плато. Но особых вулканических катаклизмов, которые в принципе могли бы сформировать похожие геологические структуры, по мнению планетологов, в периоды формирования обоих слоёв на месте работы марсохода не наблюдалось. Гипотеза о марсианских потопах, таким образом, выглядит привлекательной, тем более она подтверждается данными орбитальных аппаратов, исследующих древние русла рек. В этом случае марсоход Zhurong мог обнаружить такие погребённые структуры, то есть следы геологических процессов, скрытые более поздними пластами.
Автор — Сергей Шапиро, XX2 ВЕК.
Источники: https://phys.org/news/2022-09-zhurong-rover-evidence-mars-billions.html, https://www.nature.com/articles/s41586-022-05147-5.
