Вода могла сохраняться на поверхности Марса значительно дольше, чем считалось ранее. На это указывают крупные кристаллы селенита, обнаруженные китайским марсоходом «Чжужун» на равнине Утопия. Они могли сформироваться около 757 млн лет назад в мелком водоеме с концентрированным соляным раствором. Об этом сообщил журнал Nature Astronomy.
Какие следы воды обнаружил «Чжужун»
Большую часть последних 3 млрд лет Марс оставался преимущественно холодной и покрытой льдом планетой. Предполагалось, что благоприятные для существования открытых водоемов условия исчезли еще в начале так называемого амазонийского периода. Однако новые данные указывают, что отдельные скопления жидкой воды могли возникать на поверхности значительно позднее — сотни миллионов лет назад.
К такому выводу пришла международная группа исследователей под руководством сотрудника Гонконгского университета Цзячэна Лю. Ученые повторно изучили изображения и спектральные данные, которые «Чжужун» собрал в южной части равнины Утопия. Китайский марсоход прибыл на Марс в мае 2021 года в рамках миссии «Тяньвэнь-1». Он стал первым китайским аппаратом, успешно работавшим на поверхности другой планеты.
Справка «Известий»
Первоначально миссия «Чжужуна» была рассчитана на 90 марсианских суток, или примерно 93 земных дня. Фактически аппарат проработал около года и преодолел почти 2 км. В мае 2022 года его перевели в режим гибернации из-за наступления марсианской зимы и ухудшения погодных условий. Вернуться к работе он не смог, предположительно, из-за большого количества пыли на солнечных панелях.
Во время движения по равнине Утопия камеры марсохода неоднократно фиксировали светлые плоские породы, выступавшие из-под тонкого слоя песка. Они образовывали относительно протяженный пласт толщиной около 5–10 см и содержали большое количество связанных с водой минералов. Ранее ученые не могли точно определить состав этих пород. Среди возможных вариантов рассматривались гидратированные сульфаты, кремнезем и аллофан — слабо кристаллизованный минерал, который на Земле образуется при взаимодействии воды с вулканическими породами.
Авторы новой работы сосредоточились на внутренней структуре плоских камней. На изображениях они обнаружили скопления пластинчатых кристаллов длиной до 5–10 см. Одни из них изгибались вверх и по форме напоминали капустные листья, другие образовывали разветвленные структуры, похожие на елки или рыбьи хвосты.
Такие формы характерны для селенита — крупнокристаллической разновидности гипса. На Земле он образуется, когда насыщенная солями вода постепенно замерзает или испаряется, а растворенные в ней вещества выпадают в осадок и формируют прозрачные или светлые кристаллы.
Как ученые определили состав марсианских камней
Исследователи сопоставили фотографии с данными прибора MarSCoDe, установленного на «Чжужуне». Он объединяет лазерную и коротковолновую инфракрасную спектроскопию, позволяя определять химический и минералогический состав поверхности Марса. Инфракрасные спектры плоских пород показали линии поглощения, связанные с водой и гидроксильными группами. Они совпали с характеристиками земного гипса. Лазерный анализ также выявил в образцах серу, кальций и водород — основные компоненты гидратированного сульфата кальция.
Сочетание химического состава, размеров кристаллов и их характерной формы позволило исследователям заключить, что породы преимущественно состоят из селенита. При этом ученые не исключили присутствия небольшого количества других гидратированных веществ.
Авторы считают обнаруженный слой первичным эвапоритом — минеральным осадком, сформировавшимся непосредственно из концентрированного водного раствора. Ранее гипс на Марсе находили главным образом внутри трещин, в виде прожилок, цемента или мелких зерен, образовавшихся в результате более позднего воздействия подземных вод на уже существовавшие породы.
Селенит, обнаруженный «Чжужуном», имеет другую структуру. Крупные и относительно правильные кристаллы, по мнению исследователей, должны были расти непосредственно в стоячей соленой воде. Авторы называют их первым известным на Марсе протяженным слоем первичных крупнокристаллических эвапоритов амазонийского возраста.
Откуда на молодом Марсе могла появиться вода
Поверхность в районе находки имеет расчетный возраст около 757 млн лет с погрешностью примерно 66 млн лет. Эта оценка получена на основании количества и размеров окружающих ударных кратеров. Она не является прямой датировкой самих кристаллов, однако ученые полагают, что образование минерального слоя могло быть связано с происходившим тогда обновлением поверхности.
Для сравнения, более древнее геологическое основание равнины Утопия сформировалось около 3,2 млрд лет назад. Расположение селенита практически у самой поверхности, без следов многокилометрового погребения и последующего поднятия, говорит в пользу значительно более позднего происхождения слоя.
По предложенной авторами модели, источником воды могли стать подземный лед и соленые грунтовые воды. Магматическая активность или внедрение горячих пород в марсианскую кору способствовали таянию льда и вытеснению насыщенного минералами раствора к поверхности.
В условиях низкой температуры и разреженной атмосферы водоем быстро замерзал сверху. Под ледяной коркой при этом мог сохраняться неглубокий слой жидкого рассола, подогреваемый снизу. Лед на поверхности постепенно испарялся, а оставшаяся вода становилась все более соленой. В результате на дне выпадал гипс, из которого росли крупные кристаллы селенита. Когда подземный источник иссяк, оставшийся рассол замерз, а поверхностный лед постепенно испарился. Минеральный слой оказался открытым и впоследствии подвергся ветровой эрозии.
Сколько воды могло находиться на поверхности Марса
Расчеты показывают, что для формирования слоя селенита потребовалось количество воды, эквивалентное столбу высотой от 6,25 до 25 м. Однако это не означает, что на месте посадки «Чжужуна» одновременно существовало озеро такой глубины. Речь идет о суммарном объеме воды, который мог поступать на поверхность постепенно — в ходе одного продолжительного или нескольких отдельных эпизодов. По оценке авторов работы, реальная глубина жидкого слоя в каждый отдельный момент, вероятнее всего, составляла около 1 м или меньше. Большая часть водоема при этом могла быть закрыта льдом.
Таким образом, находка не свидетельствует о существовании на сравнительно молодом Марсе теплого открытого озера. Она указывает на возможность временного появления мелких подледных водоемов с очень соленой водой, связанных с локальной геологической активностью.
Могли ли кристаллы сохранить следы жизни
Крупные кристаллы селенита представляют интерес не только для изучения климата Марса. Во время роста такие минералы способны захватывать небольшие объемы окружающей жидкости. Внутри них могут сохраняться микроскопические включения древнего рассола. Если интерпретация исследователей верна, эти включения способны содержать информацию о химическом составе подземных вод Марса во время амазонийского периода. Теоретически в них также могут сохраниться органические соединения или другие признаки среды, потенциально пригодной для микроорганизмов.
При этом ученые не заявляют об обнаружении жизни или ее следов. Состав предполагаемых жидких включений невозможно установить по снимкам и дистанционным спектральным измерениям. Для этого потребуется исследовать кристаллы непосредственно на Марсе или доставить образцы на Землю.
Авторы работы считают район находки перспективной целью для будущих миссий. Посадочный аппарат или марсоход с микроскопом и более точными химическими приборами мог бы проверить структуру кристаллов, обнаружить заключенные в них частицы рассола и определить, какие вещества находились в марсианской воде около 757 млн лет назад.